复合材料层合板的弯曲性能和试验

玻璃钢2009年第3期研究报告

复合材料层合板的弯曲性能和试验

张汝光

（上海玻璃钢研究院有限公司，上海201404）

摘要

弯曲性能不用作设计参数。而弯曲试验，由于方法简单，却广泛用于质量检验。三点弯曲和四点弯曲试验，都存在剪切应力的影响，需要正确选择跨厚比，使剪切应力的影响降到最小。弯

曲模量和弯曲强度都是只对均匀层合板；对非均匀层合板，弯曲模量和弯曲强度没有物理意义，其弯曲性能应该用弯曲刚度和最大弯矩来表述。

关键词：层合板弯曲性能跨厚比

1 复合材料的弯曲试验和弯曲性能

弯曲试验严格地说适用范围仅是均匀层合板（沿厚度均匀铺层）。有人还提出，仅限于单向板或平面正交织物层合板。对于非均匀层合板，其弯曲性能还取决于铺层顺序，已经是结构的性能了。

弯曲试验的性能计算公式，建立在假设正应变是沿厚度方向呈线性分布的；材料是均质的。由于板材是均质的，因此应力（模量乘应变）也呈线性分布。层合板的中性面就在中心面上，应力、应变都为零，向层合板上下表面达到最大绝对值。由此，可推导出材料的弯曲模量和弯曲强度。对于非均匀层合板，仍可以假设应变呈线性分布，但因为各层模量不同，应力分布已不呈线性。弯曲试验方法给出的模量和强度计算公式不再成立了，不能使用。非均质层合板也不存在材料弯曲模量和弯曲强度的物理概念。对非均质层合板只能计算其弯曲刚度（弯矩和曲率比）和可承受的最大弯矩。试件铺层顺序和厚度尺寸还应与结构物层板严格相同，否则测出数据对产品没有直接参考意义。

弯曲试验测出的挠度，除弯曲挠度外，还包含剪切挠度。但在试验数据处理计算时按纯弯曲考虑，忽略了剪切影响。因此计算出的模量要比拉伸测出的低。而强度，由于是仅仅在试件中央最外层一点上（往往不是最薄弱点）承受最大应力，试件强度是试件在这一点上的强度；而拉伸试验是整个试件都承受一样的最大应力，试件的强度是整个试件中最薄弱处的

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强度，因此弯曲试验的强度要比拉伸强度高。由于弯曲试验时，试件同时存在剪切应力，为保证试件是弯曲破坏，而不是剪切破坏，需要通过跨厚比的选择，减小剪切应力。

在复合材料的弯曲试验中，试件中既没有在均匀应力场，也不是单一应力状态，包含了拉伸、压缩、剪切，还有挤压等多种应力。测出的弯曲性能不用作设计参数。但由于弯曲试验方法简单，且拉、压、剪切和挤压多种性能都有反映，被广泛应用于质量检验。

还要指出：弯曲模量和弯曲强度的计算公式，是在应变呈线性分布和材料模量是均匀的条件下推导出来的，若试验已产生较大变形（应变呈线性分布不再成立）或是材料上下表面（应变最大）已处于非线性阶段（模量已发生了变化），计算公式便不再成立。

2 均匀层合板的弯曲模量和弯曲强度计算分析

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3 非均匀层合板的弯曲刚度和最大弯矩

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四点弯曲的强度： 8

max PL

M =， 2

max

43bh PL =

σ

四点弯曲的模量：

δ

33

6411bh PL E =

（a ）三点弯曲 (b) 四点弯曲

SABIC推出天然纤维增强热塑性材料

SABIC创新塑料公司最近已推出一种聚酰胺6热塑性复合材料LNP Thermocomp PX07444，它用20%的curauá纤维增强。据SABIC称，curauá纤维具有环保优势，可再生，属于生物降解材料，比生产玻纤需更少能量。此外，SABIC坚称该纤维比玻纤轻，摩擦性小于玻纤和矿物增强材料，因此减少对成型机械的磨损。

Curauá是一种凤梨科植物，种植于巴西亚马逊地区。Curauá纤维传统上被当地人用于吊床、钓鱼线、绳索和网。

它的叶子长达5米，宽4厘米，外形平直。当这种植物长到8个月，叶子就会有8%干重的纤维。纤维从叶子中抽取后，剩余物被用作动物饲料或有机肥。

该纤维与其它天然纤维（如剑麻、黄麻和亚麻）相比，有更高的力学强度。采用聚酰胺6和curauá纤维制成的复合材料具有和矿物填充复合材料相似的力学性能，与玻纤增强复合材料相比力学性能仅下降20%。以密度为基础，curauá纤维填充复合材料比矿物填充复合材料有更高的比拉伸强度和比模量。

（王工）

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