单向纤维拉伸试验

单向纤维増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J立伸强度、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fl勺跡特征。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、破坏彳申长率及应力-应变曲线等。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 )。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拉伸试样尺寸：(mm)试样类别LbhDh060230150. 513501.5159090170250. 52425-501.515 90汪：1. 仲裁试样厚度：2. 0inm0 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25mm0. hum。对于0。碳纤维增强复合材料拉伸试件的h宜取较小值z如号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 取向并最人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。3测试样中点的宽度和厚度，精确到0. 01mm。4.激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塑上砂布。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/尤，应优先装夹试件上端，然后装夹试 样的下端，这是因为一0S试验机拉伸夹头带有万向接，周向可以自由活动而F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f试样a勺f应变片作为溫度补偿片接 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；彳幟实验加载速度为2mm/mino测定 拉伸弹性模量、泊松比、应力应变曲线时加载速度为0.5lmm/min。8. 测定拉彳申模量、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Wo9. 以0. 5 lmm/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. 测定拉彳申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实验计算知:：a）拉伸强度按（1 ）式计算：= （1）式中： 拉伸强度，单位为兆帕（MPa ） , 匕分别表示0或90试样的拉伸强 度；Pb试样跡时的最大载荷,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：AP -1 ApE屁E沪市=丽良式中:Et 立伸弹性模量,单位为兆帕（MPa ） , E,灵分别表示0或90试样的 拉伸弹性模量；AP 载荷乖变曲线或载荷-应变曲线上初始直线段的载荷增量，单 位为牛顿（N） ； AI与虫对应的 标距1内的变形增量,单位为毫米（mm ） ； 1 测量标距，单位为毫米（mm ）；止一 AP对应的应变增量。c ）拉伸破坏伸长率按（3 ）式计算：坯（占,$） = j x 100（3）Alt =式中：氏一立伸破坏伸长率（%） ,4,或分别表示0。或90。试样的拉彳申破坏伸长 率；皿试样破坏时标距1的总伸长量，单位为毫米（mm ）；d）泊松比按（4）. （5）. （6）式计算:(4)式中,Alt一一泊松比；丸,叼一分别为与朋相对应的纵向（L ）应变和横向（T） 应变；&l , Mt分别为与AP相对应的标距S ,内的变形增量，mm ； “，lT分 别为纵向和横向的测量标距，nuno六、实验原始数据实验名称：单向复合材料拉伸性能试验方法标准号:GB/T3355-2005实验人员姓名：李福凯专业:航空复合材料学号:1153342实验日期：2013年10月0。试样尺称：长度L=240mm 宽度b=14.03mm厚度h=097mm 试验段长度L=100mm90试样尺称：长度L=180mm 宽度b=24.74mm厚度h=1.99mm试验段长度 L=70mm应变片规格和灵敏系数：2.08材料规格和牌号:USN125B加载 级数载荷(N)载荷 toAP(N)应变仪读数及其增量（2 ）单向0。试样载荷(N)载荷 增量AP（N）应变仪读数及其增量（应） 单向90。试样兔A尹La;血A尹;000000000000015005003163161071075050237237-5-521000500605289202-9510050354117-11-631500500860255300-9815050468114-101420005001090230400-1002005053870-100525005001361271-485-85630005001662301-560-75735005001921259-650-901 11 1H =21522() = 11618无勺（ 2 ）=无帔增量平均值帆二 274 珂=92.9应变增量 平均值云务=-2.5= 134.5计算结果：（单向0。试样）拉伸巧（X盒=1581.4MPaAp祐油槿卓.E； = 133.9MPa拉伸模里.1bChg泊松比：他t_0-34乙L乙1破坏伸长率：； x 10-6 xlOO = 1.16计算结果：（单向90。试样）拉伸弓簸：-无P祐/由橙吕E： = 6.7MPa拉伸雕- bthOXg泊松比：如=习=“21 二 1 =002 破刖申长率:罠xIO-6 xlOO =无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：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