力學性能包括拉伸、壓縮、彎曲、剪切、沖擊、硬度、疲勞等,這些數據的取得嚴格遵照標準。試驗的標準環境條件為:溫度23℃±2℃,相對濕度45%~55%,試樣數量每項試驗不少于5個。
此檢測方法適用于樹脂基復合材料,金屬基復合材料力學性能可參考此方法進行。
拉伸拉伸試驗是對尺寸符合標準的試樣,在規定的試驗速度下沿縱軸方向施加拉伸載荷,直至其破壞。通過拉伸試可獲得如下材料的性能指標
式中△P為載荷一形變曲線上初始直線段的載荷增量,N;△L為與△P相對應的標距L0內的變形增量,mm。
由于復合材料的各向異性,特別是用單向預浸帶做的復合材料通常同時測以下項目:
σL:∥纖維方向的拉伸強度; σT:⊥纖維方向的拉伸強度; EL:∥纖維方向的拉伸模量; ET:⊥纖維方向的拉&模量。
應力-應變曲線記錄拉伸過程中應力-應變變化規律的曲線,用于求取材料的力學參數和分析材料拉伸破壞的機制。
壓縮對標準試樣的兩端施加均勻的、連續的&向靜壓加載荷,直至試樣破壞,以獲得有關壓縮性能的參數,若壓縮試驗中試樣破壞或達載荷時的壓縮應力為P(N),試樣橫截面積為F(mm2),則壓縮強度σc為:
由壓縮試驗中應力-應變曲線上初始直線段的斜率,即應力與應變之比,可求出壓縮彈性模量(MPa)。
由于復合材料的各向異性,特別是用單向預浸帶做的復合材料通常同時測
σL:∥纖維方向的壓縮強度; σT:⊥纖維方向的壓縮強度; EL:∥纖維方向的壓縮模量; ET:上纖維方向的壓縮模量。
彎曲復合材料在彎曲試驗中受力狀態比較復雜,拉、壓、剪、擠壓等力同時對試樣作用,因而對成型工藝配方,試驗條件等因素的敏感性較大。用彎曲試驗作為篩選試驗是簡單易行的方法。
復合材料的彎曲試驗一般采用三點加載簡支梁法,即將標準試樣放在兩支點上,在中間施加載荷,使試樣變形直至破壞。材料的彎曲強度σ f為:
式中P為破壞載荷,N(或撓度為1.5倍試樣厚度時的載荷);l為跨度,mm;b,h分別為試樣的寬度和厚度,mm。
彎曲彈性模量Ef是指比例極限內應力與應變的比值,可按下式計算:
式中△P為載荷,N(或撓度曲線上使直線段產生彎曲的載荷增量);△f為與△P對應的試樣跨距中點處的撓度增量。
剪切復合材料的特點之一是層間剪切強度低,并s層問剪切形式復雜,因此剪切試驗對于復合材料的質量控制特別重要。層問剪切強度測試方法有直接剪切法和短梁彎曲法等。
(1)直接剪切法。試樣的形式和尺寸如圖,對試樣的A、C面以一定的加載速度施加剪切,直至試樣破壞s試樣破壞時單位面積上所承受的載荷值為層間剪切強度τs。
式中Pb為破壞載荷,N;b,h分別為受剪面的寬度和高度,mm。
(2)短梁彎曲法。本方法用來測定單向纖維增強樹脂復合材料平板的層間剪切強度,采用短梁三點彎曲法。試樣厚度h=2~5mm,寬度b=6.0mm±0.5mm,跨度l=5h,試樣長度L=1+10mm。層間剪切強度τs。按下式計算:
式中P為試樣破壞時的載荷,N。
(3)縱橫剪切試驗。由層板理論可以導出,用[±45°]s對稱層板進行軸向拉伸所獲得的應力一應變曲線能夠表達0°鋪層層板的剪切應力一應變曲線。這種測定0°層板剪切性能的方法,稱為縱橫剪切試驗。x法與公認的薄壁圓筒扭轉剪切相比,方法簡單易行、省時省料,兩者測定結果一致性較好,所測得的剪切強度和剪切模量,可以作為層板設計參量。
式中為縱橫剪切強度,MPa;Pb為試樣破壞時的破壞載荷,N;b為試樣寬度,mm; h為試樣厚度,mm。
式中GLT為縱橫剪切彈性模量,GPa;△P為載荷一應變曲線直線段上選取的載荷增量,N;△εx為與△P相對應的試樣軸向應變增量;△εy為與△P相對應的試樣軸線垂直方向的應變增量。
沖擊沖擊試驗是用來衡量復合材料在經受高速沖擊狀態下的韌性或抗斷裂能力的試驗方法,一般用簡支梁擺錘沖擊試驗測定。標準試樣的中部開有V形缺口,以使試樣受沖擊時產生應力集中而呈現脆性斷裂。若試樣沖斷所耗的功為A(J),則沖擊韌性aK:
式中b為試樣缺口處寬度,m;h為試樣缺口下厚度,m。
除簡支梁沖擊試驗外,沖擊試驗還有懸臂梁沖擊試驗,落球式沖擊試驗,高速拉伸沖擊試驗等。
硬度材料的硬度表示抵抗其他硬物壓入的能力,通過硬度的測量可間接了解其他力學性能,如磨耗、拉伸強度等,還可作為估計復合材料中基質固化程度的依據,硬度測試操作方便、迅速、不損壞試樣、可現場進行,所以硬度作為質量檢驗和工藝指標而獲得廣泛應用。
硬度測試有布氏硬度、洛氏硬度、巴氏硬度、邵氏硬度等。在復合材料中應用較廣的為巴氏硬度。
巴氏硬度是一種壓痕硬度,它以特定壓頭在標準彈簧作用下壓入試樣,以壓痕深淺來表征試樣的硬度。巴氏硬度計有3種型號,其中GYZJ934—1和HBa—1適用于復合材料。硬度計的指示儀表盤有100分度,每一分度相當于壓入0.0076mm深度,壓痕深度為0.76mm時表頭讀數為零;壓痕深度為零時,表頭讀數為100。表頭讀數越高表示材料越硬。
(資料來源于網絡-百度搜索)