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复合材料压缩性能的测试方法类型及对比

嘉峪检测网        2022-04-21 14:13

复合材料压缩性能受树脂和纤维/树脂界面的影响,通常与结构件的总体设计、尺寸和重量等相关。复合材料压缩试验对于筛选新材料和维持质量控制至关重要。

 

复合材料压缩试验的目标是将压缩力加载到均匀的标距区域,而不会导致试样的其他部分过早失效或不当失效。随着复合材料性能不断提升,这对压缩试验的通用标准也带来了挑战。

 

复合材料测试通常按照ASTM或ISO标准方法进行检测,但有时也会开发专有测试方法。各种技术可能呈现不同的结果,因此仔细记录试验方法和结果对于理解材料特性至关重要。

 

现有的复合材料压缩试验方法主要可以分为三类,主要取决于材料在试验框架上的加载方式:弯曲、剪切和端部加载。

 

01、弯曲压缩试验

 

ASTM D5467和ASTM D7249是复合材料压缩性能最常见的两种弯曲试验方法。弯曲加载采用夹层梁结构进行测试,其中一个面处于压缩状态,另一个面处于拉伸状态。

 

压缩面通常由较薄的面板构成,以便梁在压缩时首先失效。在制作试样时,应选择跨度、芯材、厚度和粘合剂,以确保达到正确的失效模式(压缩面)。压缩面上的应变计用于测量模量、泊松比和应变与破坏。

 

02、剪切加载压缩试验

 

有些方法对试样的标距区域施加剪切载荷。最早的方法通常被称为塞拉尼斯压缩,通过锥形夹具夹持的楔子加载样品。样本为矩形,通常带有标签。塞拉尼斯压缩最初在ASTM D3410标准中提到,但后来被删除。

 

根据ASTM标准,塞拉尼斯样品的宽度通常限制在0.25英寸,根据ISO 14126标准,宽度限制在10毫米,总长度为5.5英寸,无支撑长度为0.5英寸。

 

ASTM D3410是目前最常用的剪切加载标准,通常被称为IITRI方法,开发该方法是为了减少塞拉尼斯方法的一些缺点。IITRI夹具又大又重,在极端温度下使用时会带来挑战。用于该方法的试样宽度可达1英寸,长度可达5.5英寸,无支撑长度可达0.5英寸。楔块通过矩形底座加载,因此试样的总厚度不像塞拉尼斯法那样关键。然而,测量区域内的材料必须足够厚,以防止欧拉屈曲。

 

03、端部加载压缩试验

 

塑料通常使用ASTM D695中的端部加载方法进行测试。这种方法允许对横截面为方形或圆形的棱镜进行端部加载;也可以使用狗骨形状的扁平试样,并将其装入防止屈曲的侧支撑夹具中。

 

由于所有这些试样均为端部加载,因此端部必须平整平行,才能获得相关结果。如果试样失效则应认为结果无效。此外,如果将试样固定在夹具上的螺栓上施加的扭矩水平过高,则试验结果可能无效。

 

04、剪切和端部加载压缩试验组合

 

夹具的持续开发产生了一种组合加载压缩夹具。ASTM D6641介绍了适当的夹具和试验方法。与之前的方法一样,标称试样长度为5.5英寸,无支撑长度为0.5英寸。通过将夹具端部夹在方形端部之间,试样将承受端部载荷和剪切载荷。

 

组合加载压缩夹具比IITRI夹具更小,更易于使用。必须小心地将夹具螺栓扭转至均匀的规定水平。使用背对背的应变计对试样进行应变测量,以监测欧拉屈曲。弯曲百分比与测试数据一起报告,可用于排除异常数据。

 

对于复合材料设计,通常需要孔的压缩值来模拟应力立管。ASTM D6484就是这样一种获得这些值的方法。

 

不同类型的复合材料压缩试验方法对比如下所示:

 

复合材料压缩性能的测试方法类型及对比

 

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来源:碳纤维及其复合材料技术