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【检测表征】复合材料测试专题:一文简要了解复合材料层间剪切和面内剪切测试的目的和方法

   日期:2023-06-07     来源:碳纤维及其复合材料技术    作者:钱 鑫 博士    浏览:155    评论:0    
核心提示:采用脆性基体的层压板层间剪切强度(interlaminar shear strength ,ILSS),例如由环氧树脂制成的层压板,通常使用短梁剪切试验(short beam shear test,SBS)进行测定。


01、层间剪切强度测试


1.1、测试目的


采用脆性基体的层压板层间剪切强度(interlaminar shear strength ,ILSS),例如由环氧树脂制成的层压板,通常使用短梁剪切试验(short beam shear test,SBS)进行测定。


它利用了在弯曲试验中总是发生剪切应力的事实。如果跨度相对于试件厚度较小,则与弯矩产生的法向应力相比,出现的剪切应力非常大。这样,就可以在脆性基体材料中产生剪切应力,从而可以测量剪切强度。

根据断裂类型,可以表征基体材料的剪切强度或纤维-基体结合的质量。该测试方法使用起来相对简单,需要一个简单的工具,该工具具有良好的对准选项和精确的对中模具。因此,该方法通常用于质量控制,适合于材料比较。


1.2、标准层压板的测试

在材料开发中,对厚度为2 mm的标准层压板进行测试。根据所使用的标准,跨度为8或10 mm,必须设置为高达±0.1 mm的精度。EN 2563对弯曲凸起的公差规定为±0.02 mm。



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02、平面内剪切测试

2.1、测试目的

平面内剪切(In-plane shear,IPS)可以通过在纤维方向±45°处进行拉伸或压缩试验来产生,试样以与纤维方向成45°的板材上切割下来。



除了用于确定主应力方向上的应力、应变和模量值的拉伸和压缩试验外,面内剪切特性的测量在复合材料的表征中发挥着重要作用。测量值为面内应变γ12、面内应力τ12和剪切模量G12。



由于该方法对试样制备有严格的要求,并且可以像拉伸试验一样在试验机上进行,因此既可以用于研发中的材料表征,也可以用于质量保证目的的大量测试。






2.2、试验方法




剪切变形沿着纤维方向发生,因为拉伸试样中纤维端部的角度小于45°。这种剪切变形可以使用两个0°和90°应变计或双轴伸长计来测定。



由于变形发生在基体内部,而断裂发生在基体或纤维的界面上,因此要测量的剪切应力相对较低。在标准试样的试验中,很少会有超过10 kN的拉力。







当应变较小时,测试方法会检测到一个极限。在变形增加的情况下,纤维的角度会发生变化,从而导致系统计算误差。这就是为什么标准将这些测试方法限制为5%的应变。


(参考来源:Zwick Roell)


 
 
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