复合材料层合板双切口层间剪切试验改进研究.pdfVIP

a合材料— 生命、环遗与吝执米 复合材料层合板双切口层间剪切试验的改进研究 ‘ 王 瑞 郭兴峰 陈海霞 王广峰 (天津工业大学纺织与服装学院，天津,300160) 摘 要 针对国际上目前主要使用的双切口拉伸/压缩式层间剪切试验方法存在的问 题，吸收了拉伸与压缩式试验方法各自的优点，对试验夹具及试验片形状与尺寸进行了改进 设计，提出了双切口开孔拉伸式新的层间剪切强度侧试、评价方法。以玻璃纤维平纹织物1 环氧树脂复合材料层合板为试验材料对改进后的试验方法进行了实验及有限元分析。实验 发现，表观层间剪切强度随槽间距的减小而有增大的趋势。通过有限元分析，对实验结果进 行了解释，并确立了可获得真实层间剪切强度的最佳试验片尺寸。 羊抽irsl 有合材料晨合板 晨间煎切强度 双切口剪切试验法 有限元分析 织物增强树脂复合材料层合板，由于其几何形状比较稳定，与单向纤维增强的层合板相比， 其力学平衡性较好，面内异向性较小，且面内剪切强度较高。此外，还具有加工简单，制造成本低 等优点，显示出很好的应用前景。但层合板的层间剪切强度较低，是设计中必须注意的问题。因 此，层间剪切强度的测试与评价，对于合理设计层合板，提高层间剪切强度，扩大应用范围和确保 使用安全是非常重要的课题U-21 1双切口剪切试验及存在问题 迄今为止，虽然已有数种方法用于复合材料层合板层间剪切强度的测试与评价，但都存在一 定的问题。在测试断面上能产生均匀分布的纯剪切应力的试验方法至今还没有确立，设计者可 利用的材料数据很少。由于双切口拉伸/压缩式层间剪切试验法的夹具尺寸小、结构简单，且易于 产生层间剪切破坏，实验成功率较高，省时省料。因此，被普遍认为是用于测定复合材料层合板 层间剪切强度的有效试验方法[[1,31。但是，采用双切口拉伸剪切法时，试验片两端由夹具握持，若 夹持力太大，容易将试验片夹碎;若夹持力太小，夹头与试验片之间容易打滑，且夹持拉伸会在剪 切面上产生弯曲力矩，使试验片提前发生破坏，测得的层间剪切强度值偏小。采用双切口压缩剪 切法时，需在试验片两侧设置挡片用以控制和减小弯曲。当侧挡片压力较小时，弯曲力矩的影响 难以消除;当侧挡片压力较大时，又增加了试验片与侧挡片的摩擦，使得用压缩剪切法测得的层 间剪切强度值偏大，并且实验中夹具与剪切面难以保持中心对齐。因此，两种加载方式均难以得 到材料的真实数据，只能测得表观层间剪切强度。 本文针对双切口剪切试验存在的问题对加载方式及试验片形状与尺寸进行了改进设计，结 合对试验片应力分布的有限元计算对试验片尺寸进行了优化设计，使剪切面上的剪切应力分布 尽量趋于均匀，力求获得纯剪切应力，并减小夹具本身带来的影响，以确定获得材料真实层间剪 切强度的测试与评价方法。 2双切口剪切试验的改进设计 对双切口剪切试验的加载方式、夹具及实验片结构与尺寸进行了重新设计。吸收了双切口 拉伸试验法无侧挡片摩擦影响的优点及压缩试验法的设计思想。为解决拉伸时试验片在钳口下 打滑的问题，将夹具由原来的钳口夹持改为在试验片上开孔，穿人销钉拉伸;为防止和尽量消除 弯曲力矩对剪切的影响，将孔中心与剪切面平行并保持在同一平面上，以使剪切面上尽可能得到 纯剪切应力，并使应力尽可能均匀分布。同时，避免了采用压缩剪切法时试验夹具结构的烦琐及 侧挡片摩擦对试验结果的影响。改进后的夹具及试验片形状如图1所示。 教育部留学回国人员启动基金项目。本文联系人，王 瑞，天津市,300160，天津工业大学纺织与服装学院。 九、复合材料性能表征、测试、评估与分析 769 3 实验及结果分析 以平纹玻璃布/环氧树脂层合板为实验材料，其中，玻璃布厚度为 0.2mm,密度为162x122根/10cm，积层数为50层，加工方法为模压法。 层间剪切试验是在常温下采用上述改进后的双切口开孔拉伸式剪切试 验方法进行。试验片尺寸如图2所示，参照ASTMD3846-9411标准设定 为:长(6)79mm;宽(B)10二 ;厚(T)10mm;槽宽(H)1.5mm;两孔间距 (川经反复实验确定为59mm，两孔间距不宜太大，以保证孔以外的试 验片端部不致于拉裂破坏;孔半径(川2mm.槽深以过厚度中线为宜， 圈1改进后的夹其及 槽间距(S)设