力学实验报告

P 1 ，可得弹性模量： 1bt
1 1 E1 E1 E12 E13 3 1.46581 1015 4.51877 1015 12.07756 1015 1 74.95GPa 3 26 2.8 780.797 2181 290.632
由公式： E x
P 1 ，可得拉伸弹性模量： x tb
1 1 3 E x E x2 E x 3 6.04336 1015 9.29347 1015 11 .94234 1015 1 31.28GPa 3 26 2.8 2660 3970 5380 Ex
试验三 复合材料板弯曲实验
一、
试验原理
目的：掌握复合材料层合梁弯曲性能试验方法，测得复合材料层合梁的弯曲强度、弯曲 弹性模量、复合材料层合梁外表面的应变。 原理：本试验对等截面矩形试件采用无约束支撑，通过三点弯曲（将标本放在有一定距 离的两个支撑点上， 在两个支撑点中点上方向标本施加向下的载荷， 标本的 3 个接触点形成 相等的两个力矩时即发生三点弯曲），以恒定的加载速率使试样破坏。在整个过程中，测量 施加在试样上的载荷和试样的挠度， 确定弯曲强度、 弯曲弹性模量以及弯曲应力与应变的关 系。
E1
P P 1 , 1 2 , X t L1 1bt 1 bt
其中：b——试件的宽度，单位为 mm；t——试件的厚度，单位为 mm；P1——1 方向的载荷， 单位为 N；PL1——1 方向极限载荷，单位为 N； 1 ， 2 ——1，2 方向的应变，单位为%。
二、 试验过程 要求试件两端用金属片或玻璃片加固，加强片厚度 1~2mm，采用粘接剂粘接，要求 在实验过程中加强片不脱落。 1. 单向板的制备：配置粘度适当的环氧树脂，按尺寸要求剪裁碳纤维增强材料，准备 模具及各类助剂，将树脂与增强体在模具中铺覆成型，加温加压固化，脱模得复合 材料单层板。 2. 测试件的制备：将拉伸待测单层板按表 1-1 尺寸制成测试件。不同纤维方向的尺 寸是不同的，试件形状如图 1-1 所示。
t =2.8mm;
从数据表在 150-1250 数据点之中随机取得三组数据，且由已知 b =26mm 纵向应变 一 二 三 横向应变/10-6 -0.000080796 -0.000123032 -0.000175021 载荷/kN
0.00266 0.00397 0.00538
6.04336 9.29347 11.94234
二、试验过程
时 -间 4 根据时间-位移数据，可通过 Origin 画出“应变 时间图”，如图 2-4 所示：
应变 -时 间图
0.010
0.008
0.006
应变
0.004
0.002
0.000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
时 间
图中红色线条为纵向应变，为正，拉长；黑色线条为横向应变，为负，压缩。两端数据 不稳定，舍去。由泊松比-时间图（如图 2-5）可知，前 150 个数据点偏差太大，应舍弃。综 上所述，150-1250 数据点之前的任意一点计算泊松比均是合理的，计算出每一时刻的泊松 比，并在取平均值之后消除误差
图 1-2
拉伸试验曲线
一、
试验结果
1.根据载荷、位移数据，通过 Origin 画出“载荷-位移曲线”，如图 1-3 所示：
50
40
载荷(KN)
30
20
10
0 0.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
0.012
0.014
0.016
0.018
位移(mm)
图 1-3 2、从数据表中找到极限载荷为 伸强度为： 43.97393kN，由于 t=2.8mm，b=26mm，所以极限拉
试验二 复合材料层合板拉伸实验
一、
试验原理
目的：掌握复合材料单层板拉伸性能测试方法，测得复合材料单层板纵向拉伸强度、纵 向弹性模量、泊松比。 原理：本试验对等截面矩形试件进行轴向拉伸，从而测得轴向应变ε1，横向应变ε2 及拉伸载荷，由此可求得其基本力学性能，如泊松比，弹性模量，最大拉伸强度等。
二、
x ， y ——x，y 方向的应变，%。
（2）极限强度 X t
'
X t'
P 1n tb
P1n——最后一层失效时 x 方向的载荷，单位为 N。
三、
1.
试验结果
层合板载荷-位移曲线
位移-载荷图
20
15
载荷KN
10
5
0 0.000
0.002
0.004
0.006
0.008
0.010
位移m
应变 -时 间图
泊松比 -时 间图
14 12 10 8
泊松比
6 4 2 0 -2 -4 0 2000 4000
时 间
图 1-5 先由数据画出时间应变图，由于试样断裂出现应变的反常突变，所以前后舍去。综 上所述，任意一点计算泊松比可得图 1-5，在 500s 之前由于是小变形，应变的测量数据 不能反映真实的结果， 同理 2000s 后泊松比亦不稳定， 在此利用 Origin 计算出每一时刻 的泊松比，并取平均值消除偶然误差。算得泊松比为：
Xt
PL1 43.97393kN 0.6040GPa bt 2.8mm 26mm
3.根据所得数据计算泊松比，如图 1-4 应变-时间图所示：
应变 -时 间图
应变
0.00
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
时 间
图 1-4 先由数据画出时间应变图，再求泊松比可得泊松比-时间图
航空航天学院
复合材料力学实验报告
班级: 学号: 姓名:
复合材料 1201 4202120109 陈凤霞
2015 年 6 月 23 日
试验一 复合材料单层板拉伸实验
一、试验原理
目的:掌握复合材料单层板拉伸性能测试方法， 测得复合材料单层板纵向拉伸强度、 纵 向弹性模量、泊松比。 原理:用0o 试件单层板，采用材料试验机加载，由试验机画出载荷-夹头位移曲线，用引 伸计或电阻应变片测量ε1，ε2，并求出破坏时最大载荷，测定 E1，Xt，v1。 由下列公式计算强度 E1，Xt，v1 :
0.040 0.035 0.030 0.025
泊松比 -时 间图
泊松比
0.020 0.015 0.010 0.005 0.000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
时 间
最终得到的泊松比为：
vx
5.计算拉伸弹性模量 Ex
x 0.03047 y
v1
4、计算弹性模量：
2 0.6352 1
从数据表在 500s-2000s 的数据中随机取得三组数据，且由已知 b=22.62mm, t=1.91mm。 纵向应变/10-6 一 二 三 由公式 E1 0.000242746 0.000780797 0.002181 横向应变/10-6 -0.000166385 -0.000507408 -0.00131 载荷/kN 1.46581 4.51877 12.07756
E1
P P 1 , 1 2 , X t L1 1bt 1 bt
b——试件的宽度，单位为 mm； t——试件的厚度，单位为 mm； P1——1 方向的载荷，单位为 N； PL1——1 方向极限载荷，单位为 N；
1 ， 2 ——1，2 方向的应变，%。
0o 拉伸试验分别如图 1-2 所示。
试验过程
根据图 2-1 和表 2-1 铺设多层复合材料层合板试件，采用材料试验机加载，由试验机画
出载荷-夹头位移曲线，如图 2-2 所示，用引伸计或电阻应变片测量εx、εy，并求出拉伸弹性 模量 Ex、泊松比 vx、第一层失效强度、极限强度。
表 2-1 拉伸试件尺寸（单位 mm） 符号 L L1 L2 b B t 名称 总长 端部加强片间距 端部加强片长度 中间平行段宽度 两端宽度 厚度 尺寸 250 150 50 24 30 2~10
表 1-1 拉伸试件尺寸（单位 mm） 符号 L L1 L2 b B t 名称 总长 端部加强片间距 端部加强片长度 中间平行段宽度 两端宽度 厚度 尺寸 250 150 50 24 30 2~10
图 1-1 拉伸试件形状示意图
3.试件中心位置用粘结剂粘结电阻应变片用于测量ε1，ε2 ，并将电阻应变片上导线头分 别良好焊接在实验仪器的相对应导线上。用材料试验机加载，由试验机画出载荷-夹头位移 曲线，用引伸计或电阻应变片测量ε1，ε2，并求出破坏时最大载荷。 由下列公式计算强度 E1，Xt，v1。用引伸计或电阻应变片测量ε1，ε2。测定 E1，Xt，v1 的计算公式如下：


一、
结果分析
试验结果分析，对实验中出现的问题进行分析，实验结果是否合理。 1 本次试验结果 X t 604 MPa 、 v1 0.6352 、 E1 74.95GPa
2 由“载荷-位移 曲线”可知，单层板在破坏之前接近塑性材料，其应变与应力多为线 性关系， 通过测定材料发生破坏时相应突变的极限载荷， 求出其极限应力即得到了基本强度。 3 对照载荷位移图可知，单层板受力时，首先产生弹性应变，载荷与位移关系近似线性 关系，随着载荷的增加，发生破坏，载荷瞬间降为零左右，破坏时的载荷为单层板的极限载 荷。 4 复合材料是多相的复合体，它的强度不仅取决于自身材料的性质，还与组分材料的性 能、含量、取向和界面粘结情况有关，因而复合材料的破坏有一个较复杂的变化过程，其破 坏方式主要有基体开裂、纤维断裂、界面脱粘、分层等，实际中往往是多种破坏形式复合发 生，当复合材料承受轴向应力时，在相对较低的应力下，某些薄弱纤维将首先发生断裂。纤 维一旦断裂，断口端部应力、应变都下降到零。在断口附近的界面上，应力会重新分布，在 拉力的作用下继续破坏。 本实验的现象为试样从接近两侧的部位沿纵向开始开裂， 说明单层 板试样开裂以纤维脱黏、界面分离为主，可见界面的结合并不理想。
四、结果分析
1. 实验结果： X t 268.8MPa 、 X t 129.2 MPa 、 ν x 0.03047 、 E x 31.28GPa
'


参考教材第 31 页复合材料基本力学性能表格，且由于铺层方向的含量与排布，可知实验结 果落在合理范围之内，说明实验较为成功。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.由载荷-位移图可得，在拉伸试验的前半阶段，试样大体呈线弹性拉伸变形；转折点 处由于 90°层发生断裂，强度退化，退化后的层合板载荷重新分布，后半段曲线为退化后 的材料继续发生线性变形，直至材料断裂。即实验数据图符合材料最先一层失效的假设。 3 实验中存在的问题：实测值与理论值还是有较大的差距，这是因为在复合材料力学分 析中总假设界面连接是完善的， 实际上材料中不可避免存在各种各样的缺陷， 界面处并非理 想的、完善的。因此许多根据未损伤层合板计算出来的应力与实际使用情况相差甚远，可见 这种假设并不可靠。 改进方法： 利用声发射技术在研究复合材料的拉伸破坏机理方面的优势， 配合拉伸实验 对实验进行更加深入的分析，优化建模。
0.010
0.008
图 2-3 载荷-位移曲线 2.从数据表中找到极限载荷为 19.57213kN,由于 t=2.8mm,b=26mm， 所以通过计算可得极 0.006 限强度为：
应变
0.004
Xt
'
P1n 19.57213 kN 268 .8 MPa bt 2.8 mm 26 mm
图 2-1 拉伸试件形状示意图
图 2-2 层合板载荷与变形曲线
（1）第一层实效强度 Xt
Ex
b——试件的宽度；单位为 mm； t——试件的厚度；单位为 mm； P1——1 方向的载荷；单位为 N；
P P 1 , x y , X t 1m x tb x tb
P1m——第一层失效时 1 方向的载荷，单位为 N。
3.时间为 262.1s 时，纵向应变瞬间变为负值，第一层失效。失效载荷为 P1m=24.63kN 由公式计算第一层失效强度：
0.000 0
0.002
Xt
200
P1m 9.4061 10 9 129 .2 MPa bt 26 2.8
400 600 800 1000 1200 1400 1600