复合材料力学行为研究实验(有试件图).pdf

复合材料力学行为研究实验 一般材料力学研究的是均匀分布、各向同性的材料，但是现在又出现了并且在工程上越 来越广泛使用的一种材料叫复合材料。它是一种各向异性材料。复合材料是两种或两种以上 不同性能的材料用物理或化学方法制成的具有新性能的材料，一般复合材料的性能优于其组 分材料的性能。复合材料在力学行为上有什么特点，各向异性表现在哪些方面？各向异性材 料如何测量它的弹性常数，不同纤维铺层方向和不同加载方向的力学性能有何差别，什么是 沿轴性态和离轴性态?…为了便于学生研究探讨这些问题，我们专门加工了一种增强材料沿 单向铺层的复合材料板（如图1所示）。由于是单向增强，所以回避了许多复合材料研究上 的复杂问题。 3 Y 3 X 2 θ σ X у O X 1 图1 单层复合材料构造形式 图2 坐标定义 本试验主要研究的具体材料是玻璃纤维单向增强复合材料。玻璃纤维的弹性模量约为 80~85GPa, 基体是环氧树脂，其弹性模量约为3~5Gpa。其纤维与环氧树脂的体积比约为1： 1。同时还提供了双向增强复合材料（正交增强），其两个方向纤维的比例为18：14和部分 金属材料。 一．实验原理和试验方法 材料的弹性常数是描述材料力学性能的一项基本参数。作为衡量材料的刚度和弹性变形 行为的特征值，它是理论计算和工程设计中一项非常重要的指标。我们熟知的材料，比如金 属材料都是各向同性材料，独立的弹性常数是两个，即扬氏弹性模量E和泊松比υ (或剪切 弹性模量 G)。而复合材料，由于其突出的各向异性的性质，独立的弹性常数增加了。为了 测定复合材料的弹性常数,将被测材料加工为纤维与加载方向成0°、45°和90°的三种试 件。每种试件的三个方向的应变即纵向应变、横向应变和 45 ゜方向的应变均采用粘贴电阻 片的方法测量。应变片信号按一定的组桥方式接到测量电桥上，可利用数字静态应变仪直接 定点读取应变信号或利用数据采集系统自动纪录载荷、应变数据。对实验数据进行线性回归 的处理，按下列公式计算出复合材料的弹性常数： 0°试件：   E  1   2 1  21  1 1 90°试件：   E  2   1 2  12  2 2 45°试件：  G  45 12 2(  ) X Y 坐标的定义如图2 表示。耦合切应变是复合材料离轴受力状态下的一个力学特性。为了 研究和测量耦合切应变，在试件上除了在0°、90°方向粘贴应变片以外，我们还专门在45°