纤维增强复合材料弹性常数.doc

PAGE 9 纤维增强复合材料弹性常数 1 范围 本标准规定了纤维增强复合材料弹性常数测试的术语和定义、试验概述、试验方法和试验报告。 本标准适用于单向纤维增强的 [0]ns、[90]ns和[0/90]ns聚合物基复合材料层合板、经纬织物增强的聚合物基复合材料层合板的弹性常数测试。所测弹性常数主要用于结构分析与设计，包括纵向、横向、法向的拉伸弹性模量（E1、E2、E3）、泊松比（、、）和剪切模量（G12、 G13 、G23）。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的引用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其必威体育精装版版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 1446 纤维增强塑料性能试验方法总则 GB/T 3354 定向纤维增强聚合物基复合材料拉伸性能试验方法 GB/T 3355 聚合物基复合材料纵横剪切试验方法 GB/T 3961 纤维增强塑料术语 GB/T 4944-2005 玻璃纤维增强塑料层合板层间拉伸强度试验方法 3 术语和定义 GB/T 3961确立的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 材料坐标系 material coordinate system 用于描述纤维增强复合材料主轴方向和应力分量的笛卡尔坐标系（一般用1、2和3表示坐标轴），见图1。 说明： 1——纤维纵向； 2——纤维横向； 3——层压方向或法向（厚度方向）； X——层压板参考轴； ?——纤维铺层方向角。 注1：纤维增强复合材料3个主轴方向的拉伸弹性模量相应的定义为E1、E2、E3。 注2：单轴应力在1轴方向作用时，引起2轴方向应变的泊松比定义为；单轴应力在1轴方向作用时，引起3轴方向应变的泊松比定义为；单轴应力在2轴方向作用时，引起3轴方向应变的泊松比定义为。 注3：1-2平面的面内剪切模量定义为G12，1-3平面的层间剪切模量定义为G13，2-3平面的层间剪切模量定义为G23。 图1 材料坐标系 4 试验概述 针对单向纤维或经纬织物增强的聚合物基复合材料层合板，通过纵向拉伸、横向拉伸、层间拉伸、面内剪切、层间剪切五种试验，测试包括纵向、横向、法向的拉伸弹性模量（E1、E2、E3）、泊松比（、、）和剪切模量（G12、 G13 、G23）共9个弹性常数。 5 试验方法 5.1 纵向拉伸试验 纵向拉伸试验所测试的弹性常数主要包括弹性模量E1和泊松比 、，测试方法按GB/T 3354进行，另作如下规定： a） 纵向拉伸试样为直条形、无加强片，长为（250.0±2.0）mm，宽为（25.0±0.5）mm，厚为（3.0±0.3）mm。试样的长度方向和1轴方向一致，试样厚度方向和3轴方向一致。如图2所示。 说明： L1——纵向拉伸试样长度； W1——纵向拉伸试样宽度； H1——纵向拉伸试样厚度。 图2 纵向拉伸试样 b） 试样数量为二组，一组用于测试弹性模量E1和泊松比，测试时在试样长度方向和宽度方向安装应变仪；另一组试样用于测试泊松比，测试时在试样长度方向和厚度方向安装应变仪。 c） 试验时，可在试件破坏前终止试验。 5.2 横向拉伸试验 横向拉伸试验所测试的弹性常数主要包括弹性模量E2和泊松比 ，测试方法按GB/T 3354进行，另作如下规定： a） 横向拉伸试样为直条形、无加强片，长为（250.0±2.0）mm，宽为（25.0±0.5）mm，厚为（3.0±0.3）mm。试样的长度方向和2轴方向一致，试样厚度方向和3轴方向一致，如图3所示。 说明： L2——横向拉伸试样长度； W2——横向拉伸试样宽度； H2——横向拉伸试样厚度。 图3 横向拉伸试样 b） 测试时在试样长度方向和厚度方向安装应变仪。 c） 试验时，可在试件破坏前终止试验。 5.3 层间拉伸试验 5.3.1 试验原理 将试样粘合到金属端面上，沿层合面垂直方向（法向）匀速拉伸，测量该过程中的应力和应变，确定层间拉伸弹性模量E3。 5.3.2 试样 5.3.2.1 试样采用正方形截面的柱形试样，截面边长为（15.0±0.1）mm，高为（19.0±0.3）mm（纤维层压方向或法向、厚度方向），形状、尺寸如图4所示。 说明： L3——层间拉伸试样边长； H——层间拉伸试样高度。 图4 层间拉伸试样 5.3.2.2 将试样制成GB/T 4944-2005规定的Ⅰ型组合件，如图5所示。 说明： 1——粘接剂层； 2——试样； 3——上、下金属连接块（钢或钛）； Lc——金属连接块长度； Hc——金属连接块矩形边长。 图5 层间拉伸试样组合件 金属连接块一般为不锈钢或钛合金，粘接端的矩形边长Hc为（15.0±0. 1)mm；长度Lc不小于30.0 mm，连