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纤维增强复合塑料剪切测试——纵横剪切(ASTM D3518)

   日期:2025-05-26     来源:翎钧检测(LTI)    浏览:76    评论:0    
核心提示: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”,
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。


测试原理

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。

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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。

测试试样

 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:

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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。

 应变计安装 
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)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:
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 试样夹持与1/2桥应变片连接

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 纵横剪切(D3518)测试图

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