论复合材料弯曲实验（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）1996年玻璃钢复合材料1996第4期FiberReinforcedPlasticsComposites№4论复合材料弯曲实验李家驹李延红曾汉民(中山大学材料科学研究所广州510275摘要:本文通过一系列的实验比较和分析研究,客观地评论了复合材料弯曲性能测定的两种主要实验方法三点弯曲和四点弯曲方案的优缺点,供研究、测定复合材料弯曲性能时参考。关键词:复合材料性能测试弯曲实验1前言目前,基于复合材料梁的弯曲理论建立的复合材料性能测试方案,已有多种。例如,三点弯曲方案不仅用于进行弯曲模量、弯曲强度测定,还可以进行层间剪切强度测定。四点弯曲对称加载时,对一般正轴铺层的复合材料可测弯曲模量、弯曲强度;而偏轴45°时,则可用来测定〔1〕;当四点弯曲反对称加载时,则成为简便的多种材料剪切性能测定或正交各向异性复合材料三个主方向剪切模量和剪切强度测试方案〔2〕;60年代初期,Howard首先提出了“五点弯曲”实验方案,一次实验可同时把蜂窝夹层板的剪切刚度和弯曲刚度测定〔3〕,这个方案有人推广到复合材料特别是较厚层板的剪切模量和弯曲模量的测试中去,可惜它必须同时向试件加三个载荷来进行实验而难度较大,未有建树。文献〔4〕应用三点弯曲实验方法和“功的互等定理”相结合,提出了“刚度分离法”,成功地解决了一次实验同时测定复合材料或蜂窝夹层板的剪切模量和弯曲模量的问题。而这方法,实质上就是一简单的三点弯曲实验。通过以上叙述可看到,在复合材料领域的材料或结构(如夹层板的性能测定中,三点弯曲和四点弯曲实验方法起到很大的作用。从理论上讲,四点弯曲方法在其测量段l上(参阅表1图1(b和(c,只有弯矩作用而没有横向剪切力的干扰,故是一个测定复合材料层板弯曲性能的理想模型。但目前在复合材料科技界和材料实验室中,使用较多而流行的方法却是有横向剪力干扰的三点弯曲实验法。这问题引起了不少用户的质疑,在中外的材料界中亦有争论。因此,本文也想通过实践,有目的地进行一些必要的实验,通过分析比较这两种方法的优劣,澄清疑问,提高认识。并仅以此文的工作,与同行进行交流,以供在复合材料研究和测试工作中作一参考。2实验表1给出复合材料弯曲性能测定中使用的三点和四点弯曲方案的受力图式,并列出它们对应的中点挠度Wc计算公式、用Wc或中点应变Εc表示的弯曲模量Eb以及各图式对应的弯曲强度Ρbf计算公式。为了节省篇幅,下面仅简单说明一下本文各个实验的简明情况,并给出这些实验的结果。2.1专门考察四点弯曲方法的一组实验理论上,纯弯曲(即四点弯曲方法是研究和测定复合材料弯曲性能最理想的受力模式。因为试件的纯弯段l上根本没有横向剪切力存在,不会出现复合材料薄弱环节层间剪切的破收稿日期:1996203212坏模式。表1给出的纯弯加载图式有(b、(c两种。但本文实验表明:图1(c挠度方法测定弯曲模量Eb是不错的,但继续完成强度Ρbf实验时,试件变形后会触到试验夹具(主要指分力器而使实验无法进行。故这一节中主要给出图1(b应变法测定弯曲性能的结果。试件是一组纤维体积比Vf=67%,几何尺寸总长L=130mm、厚度h=3mm和宽度d=15mm的五根单向(0°M40环氧树脂先进复合材料。对应图1(b的参数a=20mm,而l=90mm;应变片Εc贴在l之中点处,试验结果给于表2。表2M40环氧树脂纯弯梁的实验结果试件编号12345计算公试EbGPa200257222256224(11实验结果表明:只有2号试件的破坏模式是正确的,在纯弯区l的中间截面断开,即拉伸破坏。而其余四根试件均在l的两端点同时断开成三段,有的在l段沿宽度d上还产生纵向劈裂(一种层间剪切破坏的形式。2.2较强的复合材料弯曲实验比较这一节分别使用经加温加压制造,而Vf=60%的单向碳纤维、玻璃纤维混杂增强聚砜的先进复合材料(C2GPSF和Vf=42%的玻璃布增强环氧树脂手糊玻璃钢(GEP作为试件,依次进行三点和四点弯曲实验,而且都采用百分表测挠度Wc计算Eb。本文的实验,进行四点弯曲时先用图1(c测Eb,再改用图1(b测强度Ρbf以避免试件受夹具的干涉。实验结果如表3和表4所示。表3C2GPSF单向复合材料弯曲实验结果比较试验方法EbGPaΡbfMPadmmhmmlmmamm备注(计算公试(5(105027.75计算Eb(计算公式(8(113536计算Ρbf两方法相差%表4GEP玻璃钢弯曲实验结果比较试验方法EbGPaΡbfMPadmmhmmlmmamm备注90(计算公试(5(105025计算Eb(计算公式(8(1142