島津試驗機丨夾具世界系列之復合材料測試
導讀
隨著科技發展的日新月異,汽車、航天、航空等工業對材料性能的要求越來越高,單一材料如金屬、陶瓷、高分子材料幾乎都難以勝任。若將不同性能特點的單一材料復合起來,取長補短,則能滿足現代高新技術的需求。復合材料既能保持組成材料各自的優異特性,又具有組合后的新特性,如比強度和比模量高、抗疲勞和破斷安全性良好、高溫性能優良等。
以汽車工業為例,在車身及主要零部件、汽車結構件、電動汽車高壓電池組件等應用中,復合材料可減輕重量實現汽車輕量化,同時減少碳排放。在飛機工業中,以波音777為例,其機體結構中復合材料僅占到約11%,而且主要用于飛機輔件;但到波音787時,復合材料的使用出現了質的飛躍,不僅數量激增,而且開始用于飛機的主要受力件,如今,波音787的復合材料用量已占到結構重量的約50% 。因此對于復合材料的研究,根據不同需求測試評估各種復合材料的力學性能,就顯得尤為重要。
今天,我們一起來看看島津試驗機在復合材料力學測試方面的夾具與應用。
1 ASTM D6641組合載荷壓縮測試
復合材料不同于以往的均質材料,具有各向異性,在承受載荷的應力主軸方向呈現出拉伸、壓縮、彎曲、向內剪切、向外剪切或兼有上述動向的復雜受力情況。為了提高對所設計產品的性能預測精度,需要采集各種數據,因此,在進行復合材料試驗時,對于分別測量各斷裂現象的試驗方法的要求越來越高。例如根據標準ASTM D6641的組合載荷壓縮(CLC)試驗(如下圖)是一種具有剪切和端面載荷組合的試驗方法,提供了實現強度評估的同時進行彈性模量的測量。
2 ASTM-D6484 開孔壓縮強度測試
碳纖維增強塑料(CFRP)以其強度高、重量輕等優點,在航空航天領域得到了廣泛的應用。碳纖維具有優良的強度特性和高剛度特性,但在開孔時會損失很大的強度。復合材料零部件實際使用中,常需要開孔與別的部件連接。因此,飛機上使用的復合材料,必須對中心切出一個孔的試樣的試驗進行評估。我們根據ASTM-D6484對碳纖維塑料進行了開孔壓縮試驗。
3 ASTM-D7078 V型切口剪切測試
為了減少試制次數,降低新產品開發的成本,計算機輔助工程(CAE)分析被廣泛應用。為了提高對所設計產品的性能預測精度,需要采集各種數據,因此,在進行 CFRP 試驗時,對于分別測量各斷裂現象的試驗方法的要求越來越高。評價復合材料的試驗方法有多種。其中,作為面內剪切試驗方法,以纖維強化復合材料的纖維方向或織物層壓材料為目標,在設有缺口的樣片上取非對稱的 4 個點加載彎曲負荷的Iosipescu法(ASTM D5379),以及在±45?的層壓材料上加載拉伸負荷的方法(ISO 14129)最為普及。本次試驗使用 V-Notched Rail Shear 法(ASTM D7078),能夠穩定進行面內剪切試驗。另外,因樣片的測量部位較大,可同時適用于無孔樣片及短纖維系列 CFRP 層壓材料的測量。
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4 其他復合材料測試夾具展示
結語
島津標準試驗機,試驗載荷從 1 N到600KN不等,可適應各種樣品,如橡膠、塑料、復合材料、金屬、木材、玻璃陶瓷等材料的板、棒、線、繩等樣品。本文介紹了島津試驗機在復合材料測試中主要夾具。另外,島津夾具設計團隊還可以根據特殊需求和標準,設計、定制夾具,以滿足復合材料行業客戶需求,提高復合材料的研究深度和應用廣度,同時助推產業結構優化升級,實現綠色發展。
撰稿人:楊漢章
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