单向纤维拉伸试验

(Y ) 拉伸强度： t t
L
1
泊松比：
破坏伸长率：
10 100 1.16
t 1 6
2 t 6 破坏伸长率： 2 10 100 无
LT
T
L
21
1
0.02
0°拉伸曲线如下：
90°拉伸曲线如下：
七、破坏分析 0°试样破坏断面表现为爆炸状的破坏。 如下图：
������ ������ ������������ ������1 , ������2 =
Δ������ ⋅ ������ Δ������ = …… 2 ������ℎ ⋅ ������������ ������ℎ ⋅ ������������
������ ������ 式中：������������ ——拉伸弹性模量，单位为兆帕（MPa），������1 , ������2 分别表示 0°或 90°试样的
计算结果：（单向 90°试样）
Pb 1581.4MPa bh P t E 133.9MPa 拉伸模量： 1 bh T 2 0.34 12 泊松比： LT
(Xt ) 拉伸强度： t
Pb 无 bh P t E 6.7 MPa 拉伸模量： 2 bh
3．测量试样中点的宽度和厚度，精确到 0.01mm。
4. 装夹试样 通常试验机夹头面是粗糙的，常带有锯齿状或十字形沟槽。对于复合材料试样推 荐使用的细纹粗糙面的夹头，以便夹持力扩散到尽可能大的面积，并减少试样的损伤。 如果只有粗夹头，可采用在夹头与试样之间垫上砂布。 装夹试样时应保证拉伸试样的轴线与试验机上下夹头中心线同轴（对中）。尤其 在装夹纤维方向为 90°的复合材料试样时更要小心，应优先装夹试件上端，然后装夹试 样的下端，这是因为一般试验机拉伸夹头带有万向接，周向可以自由活动而下夹头是 固定夹具，因此对纤维方向为 90°的复合材料试样装夹时必须先上后下，否则试样在装 夹中很容易引起损伤甚至断裂破坏。 5. 应变计（片）与应变仪的连接和温度补偿
三、实验方法：
将等横截面的矩形薄板直条形试样在试验机上进行轴向拉伸试验。测定拉伸强度、 模量、泊松比、破坏伸长率及应力-应变曲线等。
四、实验仪器设备：
电子万能试验机、静态应变仪、应变计（片）、温度补偿片、游标卡尺等。
五、试验步骤及条件：
1．试样制备，可参照纤维增强塑料性能试验方法总则（GB/T1446-2005）。
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Δ������ ������ … … （6） ������ ������
式中，������������������ ——泊松比；������������ ，������������ ——分别为与Δ������相对应的纵向（L）应变和横向（T） 应变；Δ������������ ，Δ������ ������ ——分别为与Δ������相对应的标距������������ ，������ ������ 内的变形增量，mm；������������ ，������ ������ ——分 别为纵向和横向的测量标距，mm。
率；Δ������������ ——试样破坏时标距 l 的总伸长量，单位为毫米（mm）； d）泊松比按（4）、（5）、（6）式计算： ������������������ = ������������ = ������������ = −������������ ������������ …… 4
Δ������������ …… 5 ������������
90°试样直接从中间裂开了。
九、实验数据分析： 1. 单向 0°拉伸试验的数据基本合理,但是在做 90°拉伸试验时，老师在调整 试样过程中，不小心把试样弄断了，导致最大应变和最大强度无法求得。 2. 0°试样在接近中间的部位破坏，说明实验较为准确，强度和模量较为合理
将轴向和横向应变片的两对导线焊接于静态应变仪上，按 1/4 桥（多通道共用补 偿片）方式接入应变仪选定通道，并借用另一个试样的一个应变片作为温度补偿片接 入补偿端。 6．把应变片的灵敏系数输入应变仪并自动调零。 7. 加载速度 测定拉伸强度时，加载速度为 1～6mm/min；仲裁实验加载速度为 2mm/min。测定 拉伸弹性模量、泊松比、应力应变曲线时加载速度为 0.5～1mm/min。 8. 测定拉伸模量、泊松比、应力应变曲线时，施加初载（大约为破坏载荷的 5%），检 查合理调整试样及仪器，使其处于正常工作状态，然后连续或分级加载。 9. 以 0.5～1mm/min 的加载速度对试样进行分级加载，级差为破坏载荷的 5%～10%，至 少 5 级，记录各级载荷值与相应的应变值。 10.测定拉伸强度时可对试件进行连续加载直至试样破坏，记录最大载荷值。 11.实验计算公式： a)拉伸强度按（1）式计算： ������������ ������������ , ������������ = ������������ ������ℎ … … （1）
jiT
0 -107 -95 -98 -100 -85 -75 -90 0 50 100 150 200
iL
0 237 354 468 538
ji L iT
0 237 117 114 70 0 -5 -11 -10 -10
jiT
0 -5 -6 1 0
0 1 2 3 4 5 6 7
1. 仲裁试样厚度：2.0mm±0.1mm。 2. 测定泊松比时也可才采用无加强片直条形试样。 3. 测定 0°泊松比时试样宽度也可以采用 25mm±0.1mm。
对于 0°碳纤维增强复合材料拉伸试件的 h 宜取较小值，如美国 ASTM D3039 标准试 样厚度为 1mm。
a) 加强片的使用 夹持方法的关键是有效把载荷加到试样上，并防止因明显的不连续性而引起试样 的提前失效。按试样的失效模式和失效部位，确定是否使用加强片和使用加强片的设 计参量。若合理的失效模式发生的次数较多，则无需更换加持方法。 b) 加强片的材料 图 2.1 中，试样夹持端的加强片材料可采用铝合金或复合材料板材。我们推荐使 用±45°或者正交铺层的 GFEP 复合材料板作为加强片的材料。 c) 加强片的胶接 加强片的胶接最可取的做法是在试样层板成型后，在试样切割之前，现将加强片 材料粘接在层板上，粘接完成后再切割每一个试样。这样能保证试样和加强片的正确 取向并最大限度地降低偏心加载的影响。为了试样对中，两侧加强片的厚度和胶层厚 度应相同，多余胶剂应清除。 粘接加强片所用的胶剂应该保证实验过程中加强片不脱落，胶粘剂固化温度不高 于试样层板的成型温度，对加强片处的试样表面进行处理时不允许损伤试样纤维。
2．定向纤维增强复合材料拉伸试样的尺寸如图 2.1 和表 2.1 所示：
图 2. 1 拉伸性能试样
表 2.1 拉伸性能试样尺寸：（mm） 试样类别 L b h D h0 θ
0° 90° 注：
230 170
15±0.5 25±0.5
1～3 2～4
50 25～50
1.5 1.5
15°～90° 15°～90°
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
破坏
P b =21522
t ( t1 ) 11618
L 274.4T 92.9
无 应变增量 平均值
t ( t 2 ) 无
L
=134.5
应变增量平均值
T =-2.5
计算结果：（单向 0°试样）
六、实验原始数据
实验名称：单向复合材料拉伸性能 实验人员姓名：李福凯 实验日期：2013 年 10 月 0° 试样尺称： 长度 L=240mm 90° 试样尺称： 长度 L=180mm L=70mm 应变片规格和灵敏系数：2.08 加载 载荷 级数 （N ） 载荷 增量 Δ P(N) 0 500 500 500 500 500 500 500 应变仪读数及其增量 （ ） 单向 0°试样 宽度 b=14.03mm 厚度 h=0.97mm 试验段长度 L=100mm 宽度 b=24.74mm 厚度 h=1.99mm 试验段长度 专业：航空复合材料 试验方法标准号：GB/T3355-2005 学号：1153342
式中: ������������ ——拉伸强度，单位为兆帕（MPa），������������ , ������������ 分别表示 0°或 90°试样的拉伸强 度；������������ ——试样破坏时的最大载荷，单位为牛顿（N）；b——试样宽度，单位为毫米 （mm）；h——试样厚度，单位为毫米（mm）。 b)拉伸弹性模量按（2）式计算：
������ ������ ������������ ������1 , ������2 =
Δ������������ × 100 ������
…… 3
������ ������ 式中：������������ ——拉伸破坏伸长率（%），������1 , ������2 分别表示 0°或 90°试样的拉伸破坏伸长
拉伸弹性模量；Δ������——载荷-形变曲线或载荷-应变曲线上初始直线段的载荷增量，单 位为牛顿（N）；������������ ——与������������ 对应的 标距 l 内的变形增量，单位为毫米（mm）；l—— 测量标距，单位为毫米（mm）；������������ ——与Δ������对应的应变增量。 c）拉伸破坏伸长率按（3）式计算：
单向纤维增强复合材料拉伸性能试验
实验时间：2013 年 11 月 12 日 实验地点：力学试验中心一楼
一、实验目的：
1.掌握单向复合材料（0°/90°）拉伸性能及其测试方法。
二、实验内容：
1．测定单向复合材料拉伸强度、弹性模量、泊松比、破坏伸长率等。 2．观察 0°与 90°单向复合材料试样的破坏特征。
材料规格和牌号：USN125B 载荷 （N ） 载荷 增量 Δ P(N) 0 50 50 50 50 应变仪读数及其增量（ ） 单向 90°试样
iL
0 316 605 860 1090 1361 1662 1921
ji L iT
0 316 289 255 230 271 301 259 0 -107 -202 -300 -400 -485 -560 -650