前言:纤维增强复合塑料中“增强相”与“基体”粘结界面是应力传递的桥梁;界面脱粘及界面间基体内聚失效是复合材料的“脆点”,宏观上常表现为剪切性能相对其他力学性能较低,而导致结构过早破坏。本系列将逐一介绍纤维增强复合材料繁多的剪切性能测试方法。ASTM D3518《采用±45°层压板拉伸试验测量聚合物基复合材料“面内剪切特性”的标准试验方法》,针对纵横分布(相互垂直)连续纤维或编织物增强复合层压材料,采用拉伸测试模式,测定材料面内剪切测定方法。类似的方法还有GB/T 3355,ISO 14129。
纵横剪切方法(D3518)采用拉伸模式进行测试,试验载荷方向与纵横纤维成45°夹角,载荷经过纤维传递,在试样内部产生轴向(拉伸方向)和横向(垂直于拉伸方向)的剪切应力场,样品面内剪切应力-应变反应通过力传感器和纵横向的应变传感器采集。
纵横剪切测试方法最先由Perit.D.H开发,后经过Rosen.B.W完善。
需要说明的是,纵横剪切法(D3518)是一种测定面内剪切的简便测定方法。但该方法并不能在试样内部产生一个“纯剪切应力场”,多种因素对应力产生影响,例如总厚度、试样过量变形、边缘应力、轴向应力等方方面面的影响。
适用范围
纵横剪切方法(D3518)适用于纵横分布的连续纤维增强层压材料。
复合材料坐标系
纤维增强复合材料的结构决定了其各向异性特性,材料坐标系是描述复合材料主轴方向和应力分量的笛卡尔坐标系,用于标识和区分测试方向,便于对测试结果进行横向比较。
纵横剪切方法(D3518)适用于复合材料1-2面内的剪切性能测试。
试样尺寸
纵横剪切方法(D3518)试样的制备是关键,推荐试样长200-300mm,宽度25mm,重要的是试样长度方向必须与纤维布置呈45°,参见下图:

纵横剪切(面内剪切)测试
测试参数
通过纵横剪切(D3518)法,可以获取纤维增强复合塑料1-2面内的剪切强度、剪切弹性模量G12、偏移剪切强度(0.2%,offset),剪切应力-应变曲线等性能参数。试样的剪切应变通常通过应变片测量,应变片以T型布置粘贴与试样中心位置,分别记录纵向应变(γx)和横向应变(γy),试样工程剪切应变γ12是纵横向应变之和(γ12=γx+γy)。应变片布置见下图:

