弯曲试验课件.pptVIP

* 复合材料的弯曲试验 直轴线梁试样 －弯曲试验在金属、硬塑料等材料中得到广泛应用之后，被扩展到复合材料试验中。 －通过弯曲试验可测定：材料的弹性模量、层间剪切模量、相应于正应力的强度和层间剪切强度。 －由于复合材料本身结构性质的复杂性，导致试样弯曲时应力状态复杂，因此，表现在对试验测定结果分析处理时十分困难。 －在弯曲试验中，通常可测得载荷和挠度（或试样外层的应变），并由这些参数计算材料的性质。然而，试验时这些测量值同所研究的材料性能有关，用分析函数计算的精度往往要取决于它们的基本假定，因而，使得结果分析时变得困难。 弯曲工程理论采用的假定： ①梁的材料具有各向同性、均质性； ②拉伸强度和压缩强度相等； ③梁的挠度同跨距相比非常小；（梁的轴线弯曲微分式中二次项可 忽略） ④横向剪应力忽略；（在平面理论中，相当于横向和剪切刚度为无穷大） ⑤不考虑梁的横截面上的应力不均匀分布； －以上这些假设所带来的误差，基本上随着高度－跨度比和材料的各向异性的增加而增加。 －因此，针对复合材料试件进行弯曲试验时，要谨慎考虑其适用性。要对各向异性及应力状态起决定作用的试件的尺寸、加载和支撑方式给予具体分析。 加载、支撑方式、可测量、可计算性能、结构、尺寸 P M M P P a 00，900， 00/900 00，900， 00/900 00，900， 00/900 h h h h S L 剪力图 弯曲图 Fs＝P/2 Fs＝P/2 M=PS/4 P h So L P Si M=P(So-Si)/4 棱柱梁试样 －用于测定材料的弯曲强度和弹性常数。 15～17 28 28 四点弯曲加载 15～17 三点弯曲加载 宽度b, mm 高度h, mm 加载方式 经过试验证实，对于所有类型的复合材料的棱柱梁试样， 都适合的跨高比为 。 对于高模量纤维增强聚合物复合材料，为了测定可靠的弹性模量和与正应力对应的强度，通常跨高比更大。 玻璃纤维复合材料的棱柱梁有下列尺寸（ISO） 试验发现：试样的宽度和厚度对弯曲强度存在着影响； －厚度的选择：需要满足转变成连续介质的条件，即增强纤维层片数量必须大于最低需要量，经验表明，层数8为适。 －宽度的选择：适当的宽度的选择能够保证试样受载时不失稳。 通常试样截面为正方形。 两种极限情况： 较短试件：测定剪切性能；（ ） 较长试件：测定弹性模量； －三点弯曲试验时， 值不能随意小，因随着 的减小，在同一弯矩下，剪力和试样支撑面的损伤可能性都会增加。 夹层梁 －由于测定高模量和高强度复合材料的拉伸和压缩试验有困难的背景下发展起来的。 －由于测定材料（其增强纤维叠层与试样轴对称）的弹性常数及拉伸与压缩强度。 夹层梁的特点： －上面板吸收弯矩、承受压缩载荷，下面板承受拉伸载荷，而芯子（夹芯）只吸收剪力。 P/2 P/2 P/2 P/2 采用夹层梁的优点: －不存在试样在试验和夹头中紧固所带来的困难，无端头效应和应力集中；支撑反作用力作用在面板的两端，并远离标距，因此可使试样标距段处于均匀的应力状态。 具有某些特性的夹层梁的变形形式 a－带有刚性嵌板 b－带有柔性夹芯 c－纯剪 测量值的特点 －在弯曲试验时，经验证明，均匀加载下的载荷－挠度曲线几乎在试样快要破坏之前都呈现线性。 －正常测量时，应固定加载速率条件下，均匀施加载荷直至试件破坏。 －若采用非连续加载，由于聚合物粘合剂的蠕变，载荷－挠度曲线通常呈现非线性。 弯曲的破坏模式 －在测定弯曲强度时，必须指明试样的破坏模式，否则试验结果无法进行对比。因此，应明确区分是正应力或是切应力造成的破坏，因二者相差不同的数量级，使得正应力强度或切应力强度测量值混淆。 玻璃纤维复合材料的弯曲破坏形式 因正应力而破坏 因切应力而破坏 －试验已证实，层间剪切强度不是固定不变的。而是随着相对跨距 的正加而减小。 玻璃纤维复合材料的弯曲破坏形式以及最大正应力合最大切应力同相对跨距 的关系 玻璃纤维复合材料的挤压－剪切破坏 试样因分层而破坏 *