导读
随着科技发展的日新月异,汽车、航天、航空等工业对材料性能的要求越来越高,单一材料如金属、陶瓷、高分子材料几乎都难以胜任。若将不同性能特点的单一材料复合起来,取长补短,则能满足现代高新技术的需求。复合材料既能保持组成材料各自的优异特性,又具有组合后的新特性,如比强度和比模量高、抗疲劳和破断安全性良好、高温性能优良等。
以汽车工业为例,在车身及主要零部件、汽车结构件、电动汽车高压电池组件等应用中,复合材料可减轻重量实现汽车轻量化,同时减少碳排放。在飞机工业中,以波音777为例,其机体结构中复合材料仅占到约11%,而且主要用于飞机辅件;但到波音787时,复合材料的使用出现了质的飞跃,不仅数量激增,而且开始用于飞机的主要受力件,如今,波音787的复合材料用量已占到结构重量的约50% 。因此对于复合材料的研究,根据不同需求测试评估各种复合材料的力学性能,就显得尤为重要。
今天,我们一起来看看岛津试验机在复合材料力学测试方面的夹具与应用。
1 ASTM D6641组合载荷压缩测试
复合材料不同于以往的均质材料,具有各向异性,在承受载荷的应力主轴方向呈现出拉伸、压缩、弯曲、向内剪切、向外剪切或兼有上述动向的复杂受力情况。为了提高对所设计产品的性能预测精度,需要采集各种数据,因此,在进行复合材料试验时,对于分别测量各断裂现象的试验方法的要求越来越高。例如根据标准ASTM D6641的组合载荷压缩(CLC)试验(如下图)是一种具有剪切和端面载荷组合的试验方法,提供了实现强度评估的同时进行弹性模量的测量。
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2 ASTM-D6484 开孔压缩强度测试
碳纤维增强塑料(CFRP)以其强度高、重量轻等优点,在航空航天领域得到了广泛的应用。碳纤维具有优良的强度特性和高刚度特性,但在开孔时会损失很大的强度。复合材料零部件实际使用中,常需要开孔与别的部件连接。因此,飞机上使用的复合材料,必须对中心切出一个孔的试样的试验进行评估。我们根据ASTM-D6484对碳纤维塑料进行了开孔压缩试验。
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3 ASTM-D7078 V型切口剪切测试
为了减少试制次数,降低新产品开发的成本,计算机辅助工程(CAE)分析被广泛应用。为了提高对所设计产品的性能预测精度,需要采集各种数据,因此,在进行 CFRP 试验时,对于分别测量各断裂现象的试验方法的要求越来越高。评价复合材料的试验方法有多种。其中,作为面内剪切试验方法,以纤维强化复合材料的纤维方向或织物层压材料为目标,在设有缺口的样片上取非对称的 4 个点加载弯曲负荷的Iosipescu法(ASTM D5379),以及在±45˚的层压材料上加载拉伸负荷的方法(ISO 14129)最为普及。本次试验使用 V-Notched Rail Shear 法(ASTM D7078),能够稳定进行面内剪切试验。另外,因样片的测量部位较大,可同时适用于无孔样片及短纤维系列 CFRP 层压材料的测量。
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4 其他复合材料测试夹具展示
结语
岛津标准试验机,试验载荷从 1 N到600KN不等,可适应各种样品,如橡胶、塑料、复合材料、金属、木材、玻璃陶瓷等材料的板、棒、线、绳等样品。本文介绍了岛津试验机在复合材料测试中主要夹具。另外,岛津夹具设计团队还可以根据特殊需求和标准,设计、定制夹具,以满足复合材料行业客户需求,提高复合材料的研究深度和应用广度,同时助推产业结构优化升级,实现绿色发展。
撰稿人:杨汉章
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来源于:岛津企业管理(中国)有限公司/岛津(香港)有限公司
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