第三章单层复合材料的宏观力学分析1.ppt

（3）面内纯剪切试验 （3）正交各向异性材料在材料主方向上的拉伸与压缩强度一般是不相同的，但材料主方向上的切应力强度却是唯一的。即材料主方向上的切应力，不论它是正还是负，都具有相同的剪切强度。但在非材料主方向上，切应力的最大值依赖与切应力的正负。 1 2 1 2 材料主向的切应力 镜面对称 1 2 1 2 与材料主向成45o角的切应力 （1）拉伸试验 2. 单层板基本强度的实验测定 拉伸试件形状示意图 0°试件 0°拉伸试验 90°拉伸试验 90°试件 （2）压缩试验 （3）面内剪切试验 压缩试件尺寸示意图 试件尺寸采取短标距 试验时采用特制夹具 剪切试验大多用层合试件，难免受层间应力、耦合效应影响，在试件中产生纯剪切状态是困难的。 （a）偏轴拉伸法 ±45°对称拉伸试件尺寸 测得E1、 E2 和 n12 （b）薄圆管扭转试验及轨道剪切试验方法 三轨剪切法示意图 t12-g12 曲线举例 轨道剪切法分双轨剪切和三轨剪切两种 t12-g12 非线性，取t-g 曲线初始线性段确定G12 （c）Arcan圆盘试件法 Arcan圆盘试件 粘贴±45°应变片，测量应变 e1、 e2 （4）层间剪切试验 短梁法 短梁试件及加载示意图 双边切口压缩法 双边切口试件及加载示意图 （5）弯曲试验 弯曲试件及加载示意图 三点弯曲强度 四点弯曲强度 弯曲破坏中点挠度 f 与跨度 l 的比值大于10%时 弯曲弹性模量 考虑剪切变形影响 DP为对应荷载-挠度曲线上直线段的荷载增量，Df 为对应于DP的跨度中点处的挠度增量。 （6）平板双轴拉伸试验 双轴拉伸平板试件示意图 偏轴拉伸： 不能独立控制双轴应 力分量。 薄壁圆管： 制造质量和加载困难。 设 （7）断裂韧性测定 双悬臂梁试件示意图 I 型断裂韧性测定 单边切口3点挠曲试件示意图 II 型断裂韧性测定 连续纤维增韧陶瓷基复合材料典型拉伸应力-应变曲线 加卸载拉伸应力－应变典型曲线 0.089 0.044 C.V. 235.9 107.8 Average 257.0 110.2 4 241.4 100.6 3 206.9 110.3 2 238.2 110.2 1 Strength / MPa Initial Tensile Modulus / GPa No. 拉伸应力－应变典型曲线 0.030 0.054 C.V. 306.3 106.3 Average 299.3 103.7 4 319.2 114.8 3 299.9 103.2 2 306.8 103.3 1 Strength / MPa Initial Tensile Modulus / GPa No. 残余应变和卸载应力的关系曲线 卸载模量，损伤参数与卸载应力关系曲线 压缩试验夹具示意图 压缩应力-应变典型曲线 0.102 0.061 C.V. 437.1 123.7 Average 371.8 130.9 5 414.3 130.7 4 484.5 125.2 3 451.4 114.3 2 463.4 117.3 1 Strength / MPa Compression Modulus / GPa No. 层间剪切强度，层间开裂切应力和Z-pins个数曲线 双边切口压缩典型载荷－位移曲线 Z-pins 桥连层间裂纹 Z-pins增强CMC层压板载荷—位移曲线 Z-pins增强CMC试样的R-曲线 3.4 正交各向异性单层材料的失效判据 3.4.1 最大应力失效判据 在复杂应力状态下，单层材料主方向的三个应力分量中，任何一个达到该方向基本强度时，单层失效。 三个不等式相互独立，其中任何一个不满足，单层失效。 拉伸： 压缩： 最大应力应是不等式中的最小值 θ y sx 2 1 sx 非材料主方向单向荷载 玻璃 / 环氧单层复合材料 单向强度与偏转角 q 的关系 拉伸实验数据：· 压缩实验数据： ■ 最低一条是控制强度曲线，强度曲线中的理论尖点在实验中不存在，该理论与实验结果不一致 3.4.2 最大应变失效判据 在复杂应力状态下，单层材料主方向的三个应变分量中，任何一个达到该方向基本强度对应的极限应变时，单层失效。 1向最大拉伸正应变 1向最大压缩正应变 2向最大拉伸正应变 2向最大压缩正应变 12平面内最大切应变 非材料主方向受载的单层板 3.4.3 蔡-希尔（Tsai-Hill）失效判据 各向同性材料冯·米赛斯（Von · Mises）失效判据 Hill 假设正交各向异性材料失效判据 s1 、s2 、s3 、t23、t31 、t12