纤维增强复合材料 层间剪切强度高应变率试验液压伺服控制系统
纤维增强复合材料的力学性能测试
纤维增强复合材料的力学性能测试纤维增强复合材料是一种由纤维(如碳纤维、玻璃纤维等)与基质(如树脂、金属等)组成的复合材料。
由于其高强度、高刚度以及优异的特性,纤维增强复合材料在工程领域中广泛应用。
然而,为了确保其可靠性和可持续性,对纤维增强复合材料的力学性能进行测试和评估显得尤为重要。
首先,对于纤维增强复合材料的力学性能测试,常见的目标是测量材料的强度、刚度和韧性等参数。
其中,最常用的测试方法是拉伸试验。
这种试验是通过将试样悬挂在两个夹具中,施加拉力来测量材料在拉伸状态下的应力和应变。
通过分析应力-应变曲线,可以得到纤维增强复合材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度等力学性能参数。
除了拉伸试验,还可以进行压缩试验和弯曲试验等来评估纤维增强复合材料的力学性能。
压缩试验通常是将试样置于两个夹具之间,施加压力,测量材料在压缩状态下的应力和应变。
而弯曲试验则是通过在试样上施加弯曲力,测量材料在弯曲状态下的应力和应变。
这些试验可以更全面地了解材料在不同加载方式下的行为特性。
除了确定力学性能参数外,纤维增强复合材料的疲劳性能也是需要测试的关键属性之一。
疲劳试验常用于评估材料在循环负载下的抗疲劳性能。
这种试验通过对试样施加循环载荷,使试样在一定的载荷幅值下进行循环加载,持续一定次数,然后观察试样的破坏状态。
通过疲劳试验可以确定材料的疲劳寿命和应力寿命曲线,为材料在实际应用中的设计和使用提供重要依据。
此外,纤维增强复合材料的显微结构也是影响其力学性能的重要因素之一。
通过显微观察和分析,可以揭示纤维增强复合材料的纤维分布、纤维排列和界面结构等细节。
常用的显微观察方法包括光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等。
这些方法可以帮助我们深入了解纤维增强复合材料的微观特征,并为优化材料结构和制备工艺提供指导。
最后,除了对纤维增强复合材料进行力学性能测试外,还需要了解其耐久性能和环境适应性。
一些其他的测试方法如热膨胀系数、阻燃性能、耐腐蚀性能和导电性能测试等也可以进行。
纤维增强复合材料的界面性能研究
纤维增强复合材料的界面性能研究纤维增强复合材料在航空航天、汽车制造、建筑等领域有着广泛的应用。
它的优点包括高强度、轻质化以及良好的耐腐蚀性能。
而这些优点的实现,往往与纤维与基体之间的界面性能密切相关。
本文将讨论纤维增强复合材料界面性能的研究。
在纤维增强复合材料中,纤维与基体的界面起到了相互连接的作用。
界面结构的优劣直接影响着复合材料的力学性能。
较好的界面性能可以增加纤维与基体之间的相互作用力,从而提高材料的强度、刚度和韧性。
而较差的界面性能则容易导致界面剥离、孔洞和裂纹的形成,从而削弱材料的力学性能。
纤维与基体之间的界面性能可以通过多种方式进行研究。
一种常用的方法是使用界面试验技术,包括剥离试验、剪切试验和压缩试验等。
这些试验可以测量纤维与基体之间的界面黏合强度,从而评估界面性能。
同时,界面试验还可以用于研究不同界面处理方法对界面性能的影响。
常见的界面处理方法包括表面改性、化学涂层和界面改性剂等。
另一种研究纤维增强复合材料界面性能的方法是使用计算模拟。
通过建立界面模型,可以模拟纤维与基体之间的相互作用力。
这种方法可以定量地评估不同界面结构对界面性能的影响,并优化界面结构以达到更好的性能。
在计算模拟中,常用的方法包括分子动力学模拟和有限元分析等。
除了界面性能的研究方法,还有一些研究重点值得关注。
首先是界面的化学相容性。
纤维和基体材料往往具有不同的化学性质,因此界面的化学相容性是确保良好界面性能的重要因素。
通过选择合适的纤维和基体材料,或者使用相容性增强剂,可以改善界面的化学相容性。
其次是界面的物理结构。
界面的物理结构包括界面层的厚度和粘附层的形貌等。
界面层的厚度可以影响纤维与基体的相互作用力,从而影响界面性能。
而粘附层的形貌则直接影响着界面的机械性能。
因此,研究界面层的厚度和粘附层的形貌对于理解界面性能具有重要意义。
最后是界面的结构调控。
通过采用界面改性剂、纳米填料和纳米结构调控等方法,可以改善纤维增强复合材料的界面性能。
基于材料力学的纤维增强复合材料研究进展
基于材料力学的纤维增强复合材料研究进展纤维增强复合材料是一种具有高强度、高模量和轻质特性的材料,广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑工程等领域。
而基于材料力学的纤维增强复合材料研究是指利用力学原理和实验手段对纤维增强复合材料的力学性能进行研究和分析。
本文将介绍纤维增强复合材料的基本原理、研究方法和一些研究进展。
首先,纤维增强复合材料由纤维和基体组成。
纤维通常采用碳纤维、玻璃纤维、聚合物纤维等,基体通常采用环氧树脂、树脂胶粘剂等。
纤维增强复合材料的性能取决于纤维的性质、排列方式和基体的性质。
因此,研究如何改善纤维增强复合材料的性能成为学者关注的焦点。
在基于材料力学的纤维增强复合材料研究中,有多种研究方法被广泛应用。
一种常用的方法是拉伸试验,通过对材料进行拉伸,得到其应力-应变曲线,从而分析材料的强度、刚度和断裂性能等。
另外,压缩试验、剪切试验、弯曲试验等也是常用的研究方法。
这些试验能够揭示纤维增强复合材料的力学特性,为其性能改进和设计提供依据。
随着科学技术的不断发展,研究者不断提出新的方法和理论,推动了纤维增强复合材料的研究进展。
例如,在计算力学方面,有限元分析被广泛应用于模拟纤维增强复合材料的力学行为。
这种方法能够精确地预测材料的应力分布、应变分布和破坏模式,为复合材料的设计和优化提供了有力的工具。
此外,还有许多新的纤维增强复合材料的研究方向,如多尺度力学、多功能复合材料等。
多尺度力学研究了不同尺度下材料的力学行为,从宏观到微观的尺度。
这种方法能够更准确地描述纤维增强复合材料的性能和异常行为,为新材料的开发提供了重要的理论基础。
而多功能复合材料则是指具有多种功能的复合材料,如耐磨、防火、导电等。
研究者通过改变复合材料的组分和结构,使其具有特定的功能,满足不同领域的需求。
总结起来,基于材料力学的纤维增强复合材料研究是一个广泛而深入的领域,涉及到材料力学原理、研究方法和研究进展等方面。
通过对纤维增强复合材料的力学性能进行研究和分析,可以为其性能的改进和设计提供有力的依据。
纤维增强复合材料的力学性能
纤维增强复合材料的力学性能纤维增强复合材料(Fiber-reinforced composites,简称FRC)是一种重要的工程材料,其具有高强度、高刚度和低密度的特点,被广泛应用于航空航天、汽车和建筑等领域。
本文将重点探讨纤维增强复合材料的力学性能及其对材料性能的影响。
首先,纤维增强复合材料的力学性能主要包括强度、刚度和韧性。
其中,强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力,通常以拉伸强度来衡量。
纤维增强复合材料的强度主要由其中的纤维决定,而纤维的强度一般远大于基体。
这是因为纤维具有长而细的形状,使其能够有效地承受外力并转移到周围的基体上。
另外,纤维之间的相互作用也会增强整体的强度。
与强度相伴随的是刚度,即材料对外力的抵抗能力。
纤维增强复合材料的刚度主要取决于纤维的刚度和其含量。
由于纤维的高刚度,纤维增强复合材料通常具有较高的刚度,这使得材料在受到外力时能够保持形状的稳定性,并减小变形程度。
这对于一些要求高精度的工程结构来说非常重要。
然而,纤维增强复合材料的脆性也导致其在遇到冲击负载时易发生断裂。
为了提高纤维增强复合材料的韧性,可以采取增加纤维与基体的粘结强度、增加基体的韧性和改变纤维的排列方式等措施。
此外,通过添加填充剂、纤维交替布置等方式也可以提高复合材料的韧性。
除了综合性质,还应该关注纤维增强复合材料的疲劳性能。
由于现实工程环境中的材料往往会受到循环载荷的作用,疲劳性能对于材料的可靠性也是一个重要的考虑因素。
纤维增强复合材料的疲劳性能受到纤维和基体的性质、纤维体积分数、制备工艺等多种因素的影响。
通过优化这些因素,可以提高材料的疲劳寿命。
最后,要提到纤维增强复合材料的温度效应。
在高温环境中,纤维增强复合材料的力学性能会发生变化,甚至会引起材料的失效。
这是因为纤维和基体的材料性质在高温下可能会发生改变,例如纤维的脆化和基体的软化。
因此,在应用纤维增强复合材料时,需要考虑材料在不同温度条件下的性能和稳定性。
纤维增强复合材料的力学性能分析
纤维增强复合材料的力学性能分析纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Composites,FRC)是一种由纤维和基体组成的材料。
与传统的金属材料相比,纤维增强复合材料具有较高的强度和刚度,同时还具备良好的耐久性和耐腐蚀性能。
在各个领域中广泛应用,特别是航空航天、汽车和建筑等工业领域。
首先,我们来分析纤维增强复合材料的力学性能。
纤维增强复合材料的强度主要取决于纤维的性质和纤维与基体之间的相互作用。
不同类型的纤维(如碳纤维、玻璃纤维和高强度聚合物纤维等)具有不同的力学性能。
碳纤维具有优异的拉伸强度和刚度,使其成为高性能应用的理想选择。
与金属相比,纤维增强复合材料在弯曲、剪切和挤压等力学加载方式下表现出更好的性能。
其次,纤维与基体之间的相互作用起着至关重要的作用。
纤维增强复合材料的强度和刚度受到纤维与基体之间的粘结强度影响。
粘结强度取决于纤维和基体之间的物理和化学相互作用。
优化纤维与基体之间的粘结强度可以提高纤维增强复合材料的力学性能。
除了强度和刚度之外,纤维增强复合材料还具有良好的疲劳和冲击性能。
疲劳性能是指材料在长期循环加载下的耐久性,而冲击性能则是材料在突然加载下的耐久性。
纤维增强复合材料由于其结构的特殊性能,具有较高的疲劳和冲击强度。
这使得它们在高负荷和高速冲击场合下仍能保持稳定的性能。
此外,纤维增强复合材料还具有优异的耐腐蚀性能。
金属材料容易受到氧化、腐蚀和腐蚀疲劳等环境因素的影响,从而导致材料的性能下降。
而纤维增强复合材料由于不容易受到环境腐蚀的影响,因此具有更好的耐久性和使用寿命。
最后,纤维增强复合材料的设计和制造也是影响其力学性能的重要因素。
纤维的布局和层序、基体的固化过程以及材料的加工工艺都会对材料的性能产生影响。
因此,在实际应用中,需要仔细设计和控制这些工艺参数,以确保纤维增强复合材料的力学性能能够得到充分发挥。
综上所述,纤维增强复合材料具有较高的强度、刚度和耐久性,以及良好的疲劳、冲击和耐腐蚀性能。
纤维增强复合材料剪切试验方法综述
纤维增强复合材料剪切试验方法综述工作区较大但对于抗剪强度较高的试件中往往会发生滑移,从而引起试件与轨道螺栓发生压力接触,引发沿螺栓线而不是在试件中心的过早断裂,导致无法获得最终的抗剪强度。
为克服上述缺点,Adam等人[2]将用于测试金属剪切性能的Ioipecu法引入复合材料。
该方法采用双边V形开口矩形试件,通过特殊加载装置对试件施加力偶来逼近纯剪切状态。
由于试件中有V形开口,在试件工作区可得到较均匀的剪应力场,且试件破坏时也基本发生在工作区中。
该法可测得所有三个平面内的剪切性能(包括面内剪切性能及层间剪切性能),并且可获得较满意的测试结果,也是目前最常使用的剪切试验方法。
该方法的标准有:ASTMD5379和HB7237。
但该法所测剪切模量分散性较大,且受试件纤维取向影响较大且加载过程中容易引起局部压碎。
为此研究人员提出了V形开口轨道法。
V形开口轨道剪切实验是双轨剪切实验和Ioipecu剪切实验的综合产物,采用两对加载轨将V形开口试件两边夹持住,实验时加载轨道通过试件夹持面将剪力引入试件。
该方法综合了上述两种方法的优点,克服了部分缺点,被认为是目前最有前途的剪切实验方法[3]。
与Ioipecu剪切实验相比,该方法具有较大的工作区,夹持面通过面载荷引入剪,提高了载荷传递的效率,可测试高剪切强度的试件且能消除局部压碎破坏。
与双轨剪切实验相比,试件无需钻孔,从而克服了试件与加载螺栓的挤压破坏及试件的分层破坏,同时在试件工作区可获得更均匀的剪应力状态,而v开口试件的采用也大大节省了材料。
此外,该法与Ioipecu法是仅有的两个即可测面内剪切性能又可测层间剪切性能的方法。
与Ioipecu法相比,该法可达到的剪应力水平是后的3-4倍。
在测量单向、正交铺层等低强度材料时,二者并无太大差别。
但当测量更高的材料极限强度时,Ioipecu法需要加垫片。
而45方向纤维百分比增大时,材料的强度会相应提高,此时,Ioipecu法无法使用,只有V开口轨道法可以使用。
《汽车用纤维增强复合材料层合板高应变速率拉伸试验方法》-报批稿
ICS32.020T40团体标准T/CSAE xx-2021汽车用纤维增强复合材料层合板高应变速率拉伸试验Test method of tetile test for automobile fiber reinforced laminatesat high strain rates(报批稿)在提交反馈意见时,请将您知道的该标准所涉必要专利信息连同支持性文件一并附上。
目录前言 (II)1范围 (1)2规范性引用文件 (1)3术语和定义 (1)4试验原理 (1)5试验设备 (2)6试验条件 (2)8试验过程 (4)9试验数据处理 (6)10试验报告要求 (7)参考文献 (9)I前言本文件按照GB/T1.1-2020《标准号工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草准则》的规定起草。
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II汽车用纤维增强复合材料层合板高应变速率拉伸试验方法1范围本文件了汽车用纤维增强复合材料层合板高应变速率下拉伸试验的试验原理、试验设备、试验条件、试验过程、试样要求、试验数据处理及试验报告要求。
本文件适用于采用液压伺服型试验系统应变率为10-2s-1~103s-1,试验温度为10℃~35℃、厚度在0.3mm~3mm以内的汽车用纤维增强复合材料层合板高应变速率拉伸试验。
2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
纤维增强复合材料的制备与性能研究
纤维增强复合材料的制备与性能研究随着经济的快速发展和技术的不断更新,人们对于制造出轻量化、高耐久、高强度的材料提出了更高的要求。
其中,纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Composites,FRCs)便是一种应用广泛的材料。
纤维增强复合材料是指将纤维和基质有机地结合,形成新的复合材料。
其中,纤维是提供强度和刚度的主要成分,而基质则是提供必要的耐久和韧性。
纤维种类有很多,如碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维等,基质也有很多种选择,如环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯等。
这种材料由于应用广泛,所以研究也很多,下面我们来看看纤维增强复合材料制备与性能研究的一些方面。
一、制备方法纤维增强复合材料制备方法主要有手工层压法、涂布法、吹塑法等。
其中,手工层压法是最基础的制备方法,在手工层压法中,成品的性能很大程度上取决于手工操作的技术水平。
涂布法则在手工层压法的基础上,引入了自动化涂布和自动化压实机构,大幅提高了生产效率。
吹塑法则更加和传统注塑法相似,只不过将塑料材料换成了FRCs。
除此之外,还有其他制备方法,这里不一一赘述。
二、性能测试纤维增强复合材料的制备面临的一个主要挑战就是如何提高纤维和基质的结合强度。
为了获得更优秀的性能,需要通过相关测试来评估不同材料的性能差异。
如机械性能测试、热性能测试、化学性质测试等。
机械性能测试主要包括拉伸试验、弯曲试验、剪切试验等。
拉伸试验一般选取标准试样来测试纵向的力学性能,而弯曲试验则主要用于测试材料的屈服强度、弯曲强度和模量等。
剪切试验主要用于测试FRCs的剪切强度和剪切模量。
热性能测试包括TG分析、DMA分析等,其中,TG分析主要用于测试小样件在升温和升高温度的基础上损失的质量和其他统计参数。
DMA分析则主要用于测试材料的弹性和物理变形等频繁的动力学响应。
化学性质测试则主要用于评估FRCs的化学稳定性,如耐紫外线性、耐候性、水解性、加热变性和氧化等方面的稳定性。
三、拓展应用相比传统金属材料,纤维增强复合材料拥有许多优越的性能,如高强度、高刚度和低自重等,因此,被广泛应用于航空航天工业、汽车工业、海洋工程、建筑工业等。
纤维增强隐身复合材料的研究进展
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纤 维 增 强 隐 身 复 合 材 料 的研 究 进 展
Pr g e s i b re ha e m p ie M a e i l o r s n Fi e — n nc d Co ost t ra s
f r S e lh Ap l a i n o t a t p i to s c
纤维 的力 学性 能 强烈 地 影 响 着 复 合材 料 的力 学 性 能 。
为 了从 细观 上 分 析 纤 维 增 强 复 合 材 料 的拉 伸 力 学 性 能 , 立 民[ 等 首次 成 功 地 进 行 了纤 维 束 在 应 变 率 为 董 9
5  ̄2 0 范 围 内的 冲击 拉伸 实 验 , 得 了纤 维 束 应 0 0s 获 力一 变 曲线 , 出玻 璃 纤 维 是 与 应 变 率 相 关 的、 纶 应 得 芳
难度。
1 2 纤 维 增 强 复 合 材 料 力 学 性 能 研 究 现 状 .
武器 系 统 面临着 严 峻 的威 胁 。隐 身技 术作 为提 高武 器 系统 生存 能 力 的有效 手段 , 到世 界各 国的高度 重视 。 受 隐身 技术 是 指在 一定 微波 探测 环境 中降低 目标 的可 探 测性 , 其 在 一 定 的波 长 范 围 内难 以被 发 现 的技 术 。 使 她 的 出现促 使 战场军 事装 备 向隐 身化 方 向发展 。 隐身 飞机 、 隐身 导弹 、 身舰 艇 、 隐 隐身 军 车等 武 器 装 备 的 相
许 沐 华 , 肖钧 _ 等 人 通 过 实 验 比较 系 统 地 研 王 7
表 面进行 了研 究 , 过 压 缩 实验 表 征 了 编织 S 一 璃 通 2玻
纤维增强复合材料的力学性能分析
纤维增强复合材料的力学性能分析纤维增强复合材料是一种在工程领域中广泛应用的材料,由于其独特的力学性能,使得它成为许多领域的首选材料。
本文将对纤维增强复合材料的力学性能进行分析,包括强度、刚度、断裂韧性和疲劳性能等方面的内容。
1. 强度分析纤维增强复合材料的强度主要由纤维的强度和界面剪切强度决定。
纤维的强度是指纤维本身的抗拉强度,而界面剪切强度是指纤维和基体之间的结合强度。
通过适当的表征方法,可以测量和评估纤维增强复合材料的强度,如拉伸试验、剪切试验和压缩试验等。
这些实验可以得到材料在不同方向上的强度参数,帮助我们全面了解材料的强度特性。
2. 刚度分析纤维增强复合材料的刚度是指材料对应力的响应程度,又称为材料的弹性模量。
纤维增强复合材料的刚度与纤维的刚度以及纤维与基体的界面剪切刚度有关。
通过应力-应变曲线和Hooke定律,可以计算得到材料的弹性模量。
同时,可以利用动态力学测试方法,如振动试验和声学试验,进一步研究材料的刚度特性。
3. 断裂韧性分析断裂韧性是指材料在受力下抵抗破坏的能力,也可以看作是材料对能量吸收的能力。
纤维增强复合材料的断裂韧性主要由纤维和基体的界面特性以及纤维与基体的剥离、拉伸和剪切等行为决定。
通过断裂力学试验,如缺口拉伸试验和冲击试验,可以评估材料的断裂韧性。
4. 疲劳性能分析疲劳性能是指纤维增强复合材料在交变载荷下长时间使用的能力。
疲劳性能的分析可以通过应力-寿命曲线和疲劳寿命评估得到。
材料的纤维类型、纤维体积分数、界面质量、载荷幅值和频率等因素都会影响材料的疲劳性能。
为了提高纤维增强复合材料的疲劳寿命,可以采用增加纤维含量、改善界面质量、降低应力集中等方法。
综上所述,纤维增强复合材料的力学性能对其使用所处环境和预期寿命有着重要影响。
通过详细的力学性能分析,我们可以更好地了解材料的特性,并针对性地进行设计和工程应用。
纤维增强复合材料的力学性能分析是科学设计和工程应用的重要基础,也为材料学和结构力学领域的研究提供了有价值的参考。
纤维增强复合材料制备工艺的界面结合强度与弯曲性能优化
纤维增强复合材料制备工艺的界面结合强度与弯曲性能优化纤维增强复合材料是一种结构性材料,由纤维增强剂和基体材料组成。
纤维增强剂通常使用碳纤维、玻璃纤维或芳纶等高强度纤维,基体材料通常使用树脂。
纤维增强复合材料具有优异的力学性能,如高强度、高模量和较低的密度,因此广泛应用于航空航天、汽车、体育用品等领域。
纤维增强复合材料的界面结合强度和弯曲性能是其重要的性能指标之一。
界面结合强度指的是纤维和基体材料之间的结合力,弯曲性能则是材料在受力情况下的承载能力。
为了优化纤维增强复合材料的界面结合强度和弯曲性能,需要采取以下工艺方法。
首先,选择合适的纤维增强剂和基体材料。
碳纤维通常具有较高的强度和模量,但其界面结合强度相对较低。
玻璃纤维具有较高的界面结合强度,但其强度和模量相对较低。
因此,根据具体应用需求选择适合的纤维增强剂。
其次,优化纤维增强剂的表面处理。
表面处理是提高界面结合强度的关键步骤之一。
常用的表面处理方法有物理处理和化学处理。
物理处理包括氧化、纳米材料改性等,化学处理包括改性剂的溶液浸润等。
通过表面处理,可以增加纤维表面的粗糙度和化学活性,从而提高其与基体材料的结合力。
再次,优化复合材料的成型工艺。
成型工艺包括预浸工艺、压缩成型工艺、热固化工艺等。
合理选择成型工艺可以保证纤维增强复合材料的界面结合强度和弯曲性能。
预浸工艺将纤维与树脂事先浸润,可以提高纤维与基体材料的结合程度。
压缩成型工艺可以确保纤维在基体材料中的均匀分布,从而提高纤维与基体材料的结合强度。
热固化工艺可以通过热处理来加强树脂与纤维的结合力。
最后,进行界面改性。
界面改性可以通过引入界面剂、纳米填料等手段来提高界面结合强度和弯曲性能。
界面剂能够粘附在纤维增强剂的表面,形成一层粘结层,增强纤维与基体材料的结合力。
纳米填料具有较高的表面积和活性,可以增加纤维增强复合材料的界面结合强度和弯曲性能。
综上所述,通过选择合适的纤维增强剂和基体材料、优化纤维增强剂的表面处理、优化复合材料的成型工艺和进行界面改性等方法,可以优化纤维增强复合材料的界面结合强度和弯曲性能。
纤维增强复合材料层间剪切强度高应变率试验液压伺服控制系统
纤维增强复合材料层间剪切强度高应变率试验液压伺服控制系统纤维增强复合材料在现代制造业中得到了广泛的应用,其具有优异的力学性能和轻量化的特点,广泛应用于航空航天、汽车、船舶、体育器材等领域。
纤维增强复合材料的性能评价是非常重要的,其中层间剪切强度是一项重要的性能指标。
本文将介绍一种利用液压伺服控制系统进行高应变率试验的方法,以提高纤维增强复合材料层间剪切强度的研究。
纤维增强复合材料的力学性能是由纤维和基体共同作用决定的。
其中纤维起到增强作用,基体起到传递载荷的作用。
在力学性能中,层间剪切强度是指纤维增强复合材料中纤维层与基体层之间的黏结强度。
层间剪切强度高意味着纤维增强复合材料在弯曲、剪切等复杂应力条件下有更好的力学性能。
目前,层间剪切强度的测试方法主要有剪切试验、Iosipescu试验和层间剪切试验等。
然而,传统的试验方法受到试验机动态性能的限制,难以模拟高应变率条件下的力学行为。
因此,需要一种新的试验方法来研究纤维增强复合材料在高应变率加载下的层间剪切强度。
一种新的方法是利用液压伺服控制系统进行高应变率试验。
液压伺服控制系统是一种先进的试验设备,具有快速响应、高精度和大负荷承载能力的特点。
在高应变率试验中,液压伺服控制系统能够提供高速的加载和卸载速度,并能实现精确的试验控制。
试验过程中,首先将纤维增强复合材料切割成符合要求的试样。
然后,将试样置于液压伺服控制系统的夹具中,并通过夹具固定试样,以确保试样在试验过程中的稳定性。
随后,液压伺服控制系统施加预定的加载条件,即高应变率加载。
在试验过程中,液压伺服控制系统能够实时监测试样的力学性能,并记录试验数据。
通过高应变率试验,可以得到纤维增强复合材料在高应变率下的层间剪切强度。
根据试验数据,可以分析纤维增强复合材料在高应变率下的力学行为和失效机制。
同时,可以通过改变试验条件,如加载速度和加载方式等,来研究纤维增强复合材料的层间剪切强度与加载条件的关系。
碳纤维增强复合材料的中低应变率力学性能试验研究
碳纤维增强复合材料的中低应变率力学性能试验研究惠旭龙;刘小川;白春玉;舒挽;葛宇静【摘要】目的研究碳纤维增强复合材料的中低应变率力学性能.方法利用电子万能试验机和高速液压伺服材料试验机对[(±45°)]4s和[(±45°)]8两种铺层碳纤维增强复合材料进行常温下准静态和中低应变率力学性能试验,得到不同应变率下的应力应变曲线和失效参数.结果在应变率6.7×10?4~500 s?1范围内,两种铺层材料均具有明显的应变率强化效应,材料失效应力随应变率的提高而增大.两种铺层材料均发生纤维断裂失效和局部的分层失效,但[(±45°)]4s铺层发生燕尾形失效,[(±45°)]8铺层发生剪切失效.结论获得了碳纤维增强复合材料在不同应变率下的力学性能参数,可为复合材料飞机结构的抗冲击设计和仿真分析提供准确的材料参数.【期刊名称】《装备环境工程》【年(卷),期】2018(015)009【总页数】4页(P81-84)【关键词】固体力学;碳纤维增强复合材料;中应变率;应变率效应;失效特性【作者】惠旭龙;刘小川;白春玉;舒挽;葛宇静【作者单位】中国飞机强度研究所结构冲击动力学航空科技重点实验室,西安710065;中国飞机强度研究所结构冲击动力学航空科技重点实验室,西安 710065;中国飞机强度研究所结构冲击动力学航空科技重点实验室,西安 710065;中国飞机强度研究所结构冲击动力学航空科技重点实验室,西安 710065;中国飞机强度研究所结构冲击动力学航空科技重点实验室,西安 710065【正文语种】中文【中图分类】TJ04碳纤维增强复合材料具有较高的比强度、比刚度、耐腐蚀、抗老化等特性,已被广泛应用于飞机结构中[1]。
飞机在使用过程中不可避免会发生鸟撞、冰雹撞击、坠撞等威胁到飞行安全的问题,为提高飞机的安全性,并尽可能减轻飞机质量,就需要了解碳纤维增强复合材料的动态力学特性,获得材料在不同应变率下的力学性能参数,为复合材料飞机结构的抗冲击设计和仿真分析提供准确的材料参数。
纤维增强复合材料界面脱粘的数值模拟研究
纤维增强复合材料界面脱粘的数值模拟研究纤维增强复合材料(FiberReinforcedComposites,FRCs)具有优异的力学性能和轻质化特性,因此在航空、航天、汽车、体育器材等领域得到了广泛应用。
然而,FRCs的界面脱粘问题一直是研究的热点和难点之一。
本文采用数值模拟方法,对FRCs界面脱粘问题进行研究,旨在为FRCs的设计和制造提供理论支持和技术指导。
一、FRCs界面脱粘的研究现状FRCs界面脱粘是指纤维与基体之间的粘结断裂现象。
界面脱粘会导致FRCs的力学性能下降,甚至失效。
因此,对FRCs界面脱粘问题的研究一直是材料科学和工程领域的热点和难点之一。
目前,对FRCs界面脱粘的研究主要分为实验和数值模拟两种方法。
实验方法包括剪切实验、剥离实验、拉伸实验等,可以直接观测到FRCs的断裂和破坏过程。
然而,实验方法存在着成本高、操作复杂、数据量有限等问题。
因此,数值模拟方法成为了研究FRCs界面脱粘问题的重要手段。
数值模拟方法可以通过建立数学模型,模拟FRCs界面脱粘的力学行为,预测界面脱粘的发生和扩展过程,为FRCs的设计和制造提供理论支持和技术指导。
常见的数值模拟方法包括有限元法、分子动力学模拟、连续介质力学模型等。
二、数值模拟方法的原理和应用本文采用有限元法进行FRCs界面脱粘的数值模拟研究。
有限元法是一种数值计算方法,将复杂的物理问题离散化为有限个单元,通过求解单元之间的相互作用力和变形,得到整体的物理行为。
有限元法具有计算精度高、计算速度快、适用范围广等优点,已经成为材料科学和工程领域的常用方法。
在本文中,我们建立了FRCs界面脱粘的有限元模型,模拟了不同纤维与基体之间的粘结强度和界面裂纹扩展过程。
通过对模型进行参数分析和数值计算,得到了FRCs界面脱粘的力学行为和破坏机理,为FRCs的设计和制造提供了理论支持和技术指导。
三、数值模拟结果和分析本文的数值模拟结果表明,FRCs界面脱粘的破坏过程可以分为界面剪切和界面裂纹扩展两个阶段。
纤维增强复合材料动态冲击剪切性能
纤维增强复合材料动态冲击剪切性能1 范围本标准规定了纤维增强复合材料动态冲击剪切性能试验的术语和定义、试验原理、试验设备、试样、试验条件、试验步骤、数据计算与试验结果及试验报告。
本标准适用于纤维增强树脂基复合材料动态冲击剪切性能的测定,其它材料也可参照执行。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
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,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本标准。
GB/T 1446 纤维增强塑料性能试验方法总则3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
3.1弹性纵波波速 elastic longitudinal wave velocity弹性纵波在等截面的杆件中的传播速度。
3.2动态冲击剪切应力 dynamic punch-shear stress在冲击剪切过程中的任一时刻,剪切载荷与试样原始剪切面积的比值。
3.3动态冲击剪切位移 dynamic punch-shear displacement在冲击剪切过程中,与试样接触的输入杆端面与输出管端面的位移之差。
3.4动态冲击剪切强度 dynamic punch-shear stress strength在动态冲击剪切破坏过程中,试样的最大剪切应力。
4 试验原理基于分段式一维霍普金森杆试验原理,打击杆以一定的速度打击输入杆,在输入杆中形成入射弹性压缩应力波并向前传播,对输入杆和输出管间的试样进行动态冲击加载,使试样沿厚度方向剪切破坏。
由输入杆上的应变片测得弹性入射波、反射波,由输出管上的应变片测得弹性透射波,根据一维应力波理论,计算试样的动态冲击剪切应力和动态冲击剪切位移等。
试验装置原理图如图1。
1说明:1——驱动装置; 4、7——应变片; 8——输出管;2——打击杆; 5——试样; 9——吸能装置;3——输入杆; 6——吸收杆; 10——支撑平台。
图1 试验原理图5 试验设备5.1 打击杆、输入杆、吸收杆和输出管5.1.1 打击杆、输入杆、吸收杆、输出管应采用相同的材料和相同的工艺加工而成,材料屈服强度应大于试样材料强度,一般选用高强度合金钢材料。
纤维增强复合材料的力学性能研究
纤维增强复合材料的力学性能研究在当今的材料科学领域,纤维增强复合材料正逐渐崭露头角,凭借其卓越的力学性能,在众多领域得到了广泛的应用。
从航空航天到汽车制造,从体育用品到建筑结构,纤维增强复合材料的身影无处不在。
为了更好地理解和利用这种材料,对其力学性能的深入研究显得至关重要。
纤维增强复合材料通常由纤维和基体两部分组成。
纤维提供了高强度和高刚度,常见的纤维包括碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维等。
基体则将纤维粘结在一起,传递载荷,并保护纤维免受环境的影响,常见的基体有环氧树脂、聚酯树脂等。
这种独特的组合赋予了复合材料优异的性能。
首先,让我们来探讨一下纤维增强复合材料的拉伸性能。
在拉伸试验中,材料所表现出的强度和模量是重要的力学指标。
由于纤维的高强度特性,复合材料在拉伸时往往能够承受较大的载荷。
然而,其拉伸性能并非简单地取决于纤维和基体的性能叠加。
纤维与基体之间的界面结合强度对拉伸性能有着显著的影响。
如果界面结合不良,在拉伸过程中容易出现纤维与基体的脱粘,从而降低材料的整体强度。
复合材料的压缩性能也是一个值得关注的方面。
与拉伸情况不同,在压缩时,纤维可能会发生屈曲或失稳,从而影响材料的抗压能力。
此外,基体的性能在压缩过程中也起着重要的作用。
如果基体的抗压强度较低,可能会导致复合材料在较低的压力下就发生破坏。
弯曲性能是衡量纤维增强复合材料力学性能的另一个重要指标。
在弯曲试验中,材料承受弯曲载荷,其弯曲强度和模量反映了材料抵抗弯曲变形的能力。
纤维的取向和分布对弯曲性能有着重要的影响。
通常,纤维沿受力方向定向排列的复合材料具有更好的弯曲性能。
除了上述基本的力学性能外,纤维增强复合材料的疲劳性能也不容忽视。
在实际应用中,材料往往会受到循环载荷的作用。
与传统金属材料相比,复合材料的疲劳性能具有一定的特殊性。
由于纤维和基体的性能差异以及界面的存在,复合材料的疲劳裂纹扩展机制较为复杂。
疲劳寿命不仅取决于材料的固有性能,还受到加载条件、环境因素等的影响。
纤维增强复合材料的界面粘结性能研究
纤维增强复合材料的界面粘结性能研究纤维增强复合材料是一种结构优良、性能出色的材料,广泛应用于航空航天、汽车工程、建筑结构等领域。
而复合材料的界面粘结性能则是其性能优越性的关键之一。
在本文中,我们将探讨纤维增强复合材料界面粘结性能的研究成果,并分析其对材料性能的影响。
1. 界面粘结性能的意义纤维增强复合材料是由纤维和基体构成的复合材料,纤维在复合材料中起到增强效果,而基体则负责传递载荷。
界面粘结性能决定了纤维与基体之间的协同工作程度,直接影响到材料的力学性能和使用寿命。
良好的界面粘结性能能够提高材料的力学性能、抗疲劳和润湿性,而密度、界面能、纤维含量等因素会对界面粘结强度产生影响。
2. 界面粘结性能测试方法目前,界面粘结性能的测试方法主要包括力学试验和物理化学试验两类。
力学试验包括剪切试验、剥离试验和拉伸试验等,通过测量材料在不同外力作用下的界面失效行为来评估界面粘结性能。
物理化学试验则包括表面能测量法、接触角测量法和引入活性分子等方法,用于检测材料表面的化学性质和界面结构。
3. 影响界面粘结性能的因素界面粘结性能的好坏受到多个因素的影响。
首先是基体-纤维界面的形态、表面性质和化学成分。
不同基体和纤维的界面形态和化学成分差异较大,会影响到界面的湿润性和结合力。
其次是加工工艺因素,如纤维渗透处理、胶粘剂选择和固化工艺,都能对界面粘结性能产生影响。
此外,材料的使用环境和条件也会影响界面粘结性能。
例如,温度变化、湿度和腐蚀等因素都可能对界面产生破坏。
4. 提高界面粘结性能的方法为了提高纤维增强复合材料的界面粘结性能,研究者采取了多种方法。
一种常用的方法是表面改性,通过在纤维和基体表面引入粘接剂、活性分子或聚合物等改性剂,以增加界面的结合能力。
另一种方法是优化加工工艺,如改变纤维的渗透处理条件、优化胶粘剂的固化工艺等,以提高界面的物理和化学结合能力。
此外,选择合适的纤维和基体组合也是提高界面粘结性能的关键。
CFRP在不同应变率和温度下的力学性能试验研究
CFRP在不同应变率和温度下的力学性能试验研究黄靓;张怀安;肖岩;朱德举【摘要】In this work,carbon fiber reinforced plastic(CFRP)were fabricated using vacuum assisted resin infusion (VARI).Specimens were tested under four strain rates (25,50,100 and 200 s-1 )and six temperatures (-25,0,25,50,75 and 100 ℃)by means of a servo-hydraulic high rate testing system. The results show that tensile strength and toughness increase with the increasing strain rate under the same temperature (room temperature 25 ℃)except the toughness under 200 s-1 .At the same strain rate of 25 s-1 ,on the other hand,the tensile strength and toughness at the room temperature are higher than those under other temperatures.The failure patterns of CFRPs were nearly similar under four investigated strain rates,but different under six temperatures.Moreover,Weibull analysis was carried out to quantify the change of tensile strength under different conditions.%采用真空辅助树脂灌注成型工艺(VARI )制备了CFRP ,利用MTS 液压伺服高速机对CFRP试件在4种应变率(25,50,100和200 s-1)和6种温度(-25,0,25,50,75和100℃)下进行测试。
纤维增强复合材料 高应变速率拉伸试验液压伺服控制系统
纤维增强复合材料高应变速率拉伸试验——液压伺服控制系统1适用范围本标准规定了汽车用纤维增强复合材料板材在高应变速率下拉伸试验的原理、符号和说明、试样和装置。
本标准适用于厚度在3mm以内(包含3mm)的汽车用纤维增强复合材料板材,试验要求的应变率范围为10-2~103s-1,试验温度为10℃~35℃。
除非另有说明,采用液压伺服型试验系统进行拉伸试验。
注:当试验的应变速率小于10-2s-1时,可采用专门适用于准静态试验类型的试验机。
2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡事注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 26203-2:2016 金属材料高应变率拉伸试验方法第2部分:液压伺服控制及其它控制系统;GB/T 3354-2014定向纤维增强聚合物基复合材料拉伸性能试验方法;GB/T 1446纤维增强塑料性能试验方法总则;GB/T 3961纤维增强塑料术语。
3参数定义,符号和说明L——试样测试部分长度;1)b——试样测试部分宽度;2)a——试样测试部分厚度;3)e——名义工程应变速率,单位为每秒(s-1);4)nom5)0v ——初始位移速率,单位为毫米每秒(mm/s );6)0L ——试样测试部分长度,单位为毫米(mm );7)u f ——力测量系统的上频率极限8)e ——应变速率9)t σ——拉伸强度,单位为兆帕(MPa );10)max P ——破坏前试样承受的最大载荷,单位为牛顿(N );11)t E ——拉伸弹性模量,单位为兆帕(MPa );12)P ∆——载荷增量,单位为牛顿(N );13)L ∆——与P ∆对应的试验机记录的工作段长度变形增量,单位为毫米(mm )。
14)lt ε——纵向拉伸破坏应变,单位为1;15)lt L ∆——试样破坏时纵向变形量单位为毫米(mm )。
16)pl e 可由屈服强度或1%应变处的时间t (加工硬化开始)与最大力处的时间()Fm t 范围内的应变速率的平均值求得17)P 表示对函数()e t 求算是平均;18)()()e t start of hardening 工程应变速率,表示特定时刻工程应变对时间的导数; 19)()t start of hardening 表示加工硬化的开始时刻;20)()Fm t 最大力时刻4相关术语和定义应变率:初始位移速度0v 可用来估算试验前能够达到的名义工程应变速率,见下式: 00nom v e L = pl e 是表示在加工硬化阶段与时间相关应变速率的平均值的一个重要的物理参数。
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纤维增强复合材料层间剪切强度高应变率试验——液压伺服
控制系统
1适用范围
本标准规定了汽车用纤维增强复合材料板材在高应变速率下层间剪切强度试验的原理、符号和说明、试样和装置。
本标准适用于厚度在3mm以内(包含3mm)的汽车用纤维增强复合材料板材层间剪切性能测试,试验要求的应变率范围为10-2~103s-1,试验温度为10℃~35℃。
除非另有说明,采用液压伺服型试验系统进行拉伸试验。
注:当试验的应变速率小于10-2s-1时,可采用专门适用于准静态试验类型的试验机。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡事注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 26203-2:2016 金属材料高应变率拉伸试验方法第2部分:液压伺服控制及其它控制系统;
GB/T 3354-2014定向纤维增强聚合物基复合材料拉伸性能试验方法;
GB/T 1446纤维增强塑料性能试验方法总则;
GB/T 3961纤维增强塑料术语;
ASTM D1002-2010《Standard Test Mehtod for Apparent Shear Strength of Single-Lap-Joint Adhesively Bonded Metal Specimens by Tension Loading (Metal to Matal)》。
3参数定义,符号和说明
L;
1)试样测试部分长度
b;
2)试样测试部分宽度
e——名义工程应变速率,单位为每秒(s-1);
3)
nom
4)0v ——初始位移速率,单位为毫米每秒(mm/s );
5)u f 为力测量系统的上频率极限;
6)e 为应变速率;
7)t σ——拉伸强度,单位为兆帕(MPa );
8)max P ——破坏前试样承受的最大载荷,单位为牛顿(N );
9)w ——试样宽度,单位为毫米(mm );
10)h ——试样厚度,单位为毫米(mm )。
4相关术语和定义
应变率:初始位移速度0v 可用来估算试验前能够达到的名义工程应变速率,见下式: 00
nom v e L = 5试验原理
为采用液压伺服动态测试设备对纤维增强复合材料层间剪切强度进行测试,选用搭接拉伸式样件进行测试。
通过夹持端夹持,以摩擦力加载,在试样连接位置剪切载荷,测试纤维增强复合材料层间剪切强度。
测定复合材料板材在规定的应变速率下的层间剪切强度。
材料层间性能在变形过程中表现出不同程度的应变速率敏感性,在高应变速率下,获得可靠的层间剪切强度结果,试验的最大应变速率为103s -1。
6试验设备
符合本标准要求的试验机的工作原理是:试验所需的动能施加于试样的冲击(或加载)端,试样的另一端固定或限制于夹具内并配有力传感器。
高应变速率下的载荷类似于冲击载荷,因此试验机和试样通常不应固定在一起。
在整个试验过程中能够提供恒定作动速率的试验机均能满足本标准的试验要求。
在应变速率小于1s -1时,试验设备应采用闭环控制;在应变速率大于1s -1时,试验设
备的控制方式可采用开环控制,但应具备采取特殊的措施来使试验过程的作动速率保持恒定或在可接受的极限范围内。
对于本标准推荐的试样,可以采用液压伺服驱动下落运动单元、飞轮冲击、落锤等系统。
将试样对中夹持于试验机夹头中,试样的中心线应与试验机夹头的中心线保持一致。
为尽可能消除附加的弯矩效应,应检查加载链上试样的对中性,加载链的结构需紧凑且易安装,以缩短加载链的加速时间,同时也能使夹持部分和传感器系统保持尽可能高的固有频率。
7试验模具及其它工装
无
8试验条件
8.1 试验速度
依照下式中的应变率计算公式在实施高应变速率试验前预先选取合适的作动器工作速率,以确保试样的测试长度部分在试验过程中达到预期的应变速率: 00
nom v e L 由于加载链的刚度因素,试验过程中所记录的应变速率与估算值存在偏差。
8.2 试验温度
除有特殊需求(如高低温),否则本规范试验均应在常温(25±5℃)、常压状态下进行直至完成,特殊环境条件下的试验应在报告中注明相关环境条件参数。
9试样要求
9.1 试样厚度
本试验适用于厚度为0.3-6.0mm 的试验样品。
9.2 试样形状
复合材料板材层间剪切强度测试使用搭接试样进行动态试验,试样应具有对称均衡的铺层形式。
两块单层板连接位置为样件测试段,标距部分的应变速率取决于位移速度和试
样测试部分的长度,测试部分较短的试样具有较高的应变速率。
然而测试段必须保证一定的长度以确保原始标距长度0L 能够得到稳定的测试结果。
因此,试样测试部分长度0L 及宽度0b 的尺寸推荐如下: ——00
2L b 典型样件尺寸如下:
0度高应变率拉伸试样典型尺寸
9.3 试样制备
加强片宜采用织物或无纬布增强复合材料,也可采用铝合金板。
加强片的粘贴宜在切割试样前进行,为保证整个测试过程中样件的对中性,在样件两侧粘接不同厚度加强片。
加强片粘贴时可采用任何满足环境要求的高伸长率的(韧性的)胶粘剂,胶粘剂固化温度不能高于层合板成型温度。
本标准中,应选取距板材边缘(已切除工艺毛边)30mm 以上,最小不得小于20mm 。
若取位区有气泡、分层、树脂淤积、褶皱、翘曲、错误铺层等缺陷,则应避开。
若对取位区有特殊要求或需从产品中取样时,则按有关技术要求确定,并在试验报告中注明。
纤维增强复合材料板材一般为各向异性,相同工艺下,一般选取0°纤维方向试样进行测试,避免纤维单层本身先于层间破坏。
试样加工时可选择对成型后的纤维增强复合材料层合板两侧进行磨削,或对两块纤维增强聚合物单层板进行采用相同层合工艺进行定位粘接。
纤维增强复合材料试样应采用硬质合金刃具或砂轮片等加工。
加工时要防止试样产生分层、刻痕和局部挤压等机械损伤。
加工试样时可采用水冷却(禁止用油),加工后应在适宜条件下对试样及时进行干燥处理。
试验前试样需经过外观检查,如有缺陷或不符合尺寸及制备要求者,应予作废。
试验
前试样在实验室标准环境下至少放置24h ,若不具备实验室标准环境条件,试样可在干燥器内至少放置24h 。
9.3 试样数量
每种条件下的试验至少准备5片试样,并能够得到至少3组有效试验。
10试验过程
10.1力值测量
在高应变速率下,载荷向试样自发传递的过程会引起试样与试验机某些部位随着位移速度的增加而加剧振荡,这些振荡既可能是沿着试样纵向传播,也可能是弯曲类型。
这种振荡会和力值信号叠加并被记录于力-位移曲线中。
此时,内在的材料变形行为类似一种“力振荡”现象。
阻止或者减少力信号中的振荡是选择动态测力方式的关键。
通常而言,测力位置距离标距长度越远,作动器的速度越高,振荡现象越强烈。
试验过程中应谨慎在作动轴上使用阻尼元件来减小振动作用,因为阻尼元件会减小试验初始的应变速率,从而影响试验材料测试结果的准确性。
对于应变速率小于10s-1的试验,上限频率(3)u f dB -至少需要10kHz ,对于高应变速率应采用以下公式确定力测量的上频率极限u f :
100u f e ≥⨯
10.2数据采集
载荷与位移数据测量系统的采样频率应以不低于载荷测量系统的上频率极限的4倍进行采集并记录。
这些采集数据可作为试验结果的原始数据部分。
随后的分析可减少数据对。
11试验数据处理
层间剪切强度按照下式计算,结果保留3位有效数字:
max t P wh
σ=
12报告要求
试验报告应包括所有与试验程序和试样结果相关的信息:
1)引用的标准及标准号;
2)试样名称;
3)材料牌号、材料规格;
4)试样工艺处理条件及加工条件;
5)试样的几何形状及尺寸;
6)试样的测试段加工方式及尺寸;
7)试验设备;
8)载荷测量的方式;
9)试样条件(温度,名义、平均和特征应变速率);
10)原始数据,可以附件的形式提供;
11)试验数据结果及处理信息(应注明采用何种方式处理,如:光滑、拟合等);注1:试验过程中,应保证每个应变率下至少获取3组有效数据。