[发明专利]一种复合材料层合板双轴向拉伸性能的测试方法

摘要

一种复合材料层合板双轴向拉伸性能的测试方法，它有三大步骤：首先，选用进行设计方案优化的复合材料层合板双轴向拉伸试验件，由夹持区、椭圆形过渡区、中心减薄倒角区和中心减薄标定区组成；然后，进行复合材料层合板双轴向拉伸试验件的双轴向拉伸测试，测得加载过程的夹持区的载荷‑位移曲线和中心减薄标定区的载荷‑应变曲线；最后，通过有限元方法对试验数据进行处理，获得复合材料层合板双轴向拉伸时的模量和强度。本发明的有益效果是其有益效果是设计了一种优化的复合材料层合板双轴向拉伸试验件方案及其双轴向拉伸性能测试方法，简单且便于实施。

主权项

1.一种复合材料层合板双轴向拉伸性能的测试方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一、选用复合材料层合板双轴向拉伸试验件，复合材料层合板双轴向拉伸试验件由夹持区、椭圆形过渡区、中心减薄倒角区和中心减薄标定区组成，由纤维布和树脂通过复合材料成型工艺制备，为了测定复合材料层合板双轴向拉伸模量和强度性能，在整个加载过程中，复合材料层合板双轴向拉伸试验件必须保证破坏首先发生在承受典型双轴向拉伸载荷的中心减薄标定区，而非其它应力集中区，通过大量的理论分析和优化计算，设计了一种优化的复合材料层合板双轴向拉伸试验件方案，复合材料层合板双轴向拉伸试验件同时满足相对厚度方向旋转对称条件和相对X轴和Y轴对称条件，复合材料层合板双轴向拉伸试验件长130mm，夹持区长30mm、宽30mm、厚2.16mm、相邻两个夹持区之间的椭圆形过渡区的长轴长33.94mm、短轴长28.28mm、长轴与X轴之间的夹角为45°，中心减薄倒角区的外轮廓为边长为28.28mm、圆形倒角半径为7mm的正方形，中心减薄倒角区的外轮廓的对角线与X轴和Y轴重合，中心减薄倒角区厚度方向的倒角为11°，中心减薄标定区的厚度为0.5mm，复合材料层合板双轴向拉伸试验件的铺层方式必须是对称的，满足以上条件的复合材料层合板双轴向拉伸试验件，方能用于双轴向拉伸试验测试，复合材料层合板双轴向拉伸试验件按照设计方案一次整体成型，或者先制备层合板，然后再机械加工制得；步骤二、进行复合材料层合板双轴向拉伸试验件的双轴向拉伸测试，在任意带位移传感器和力传感器的力学试验机上进行试验，夹持区X轴方向的加载应力为σx，夹持区Y轴方向的加载应力为σy，σx除以σy被定义为载荷比，载荷比为定值，双向加载的拉伸载荷通过具备双向加载功能的力学试验机实现，或者通过夹具与具备单双向加载功能的力学试验机联合实现，力学试验机测定加载过程的夹持区的载荷‑位移曲线，在中心减薄标定区粘贴应变片，通过应变仪测定加载过程中心减薄标定区的载荷‑应变曲线，每种载荷比下，需要3或5个复合材料层合板双轴向拉伸试验件用来试验测试；步骤三、通过有限元方法对试验数据进行处理，根据复合材料层合板双轴向拉伸试验件的几何参数、铺层、材料参数、加载条件和边界条件建立有限元模型，利用有限元模型得到预测的加载过程的载荷‑位移曲线和载荷‑应变曲线，并与试验测量结果进行对比，如果预测结果与试验结果之间的相对误差小于20％，有限元模型被判定有效，否则，需要根据试验测量结果修正有限元模型，直到满足预测结果与试验结果之间的相对误差小于20％，基于试验测得的载荷‑位移曲线和载荷‑应变曲线，通过被判定有效的有限元模型，计算得到中心减薄标定区加载过程中的X轴方向的应力和应变中心减薄标定区加载过程中的Y轴方向的应力和应变中心减薄标定区破坏时的X轴方向的应力中心减薄标定区Y轴方向的应力复合材料层合板双轴向拉伸时X轴方向的模量为复合材料层合板双轴向拉伸时Y轴方向的模量为复合材料层合板双轴向拉伸时X轴方向的强度为Y轴方向的强度为其中，在步骤一中所述的“中心减薄标定区”是典型承受双轴向拉伸载荷的区域，加载过程中最先发生破坏；在步骤一中所述的“纤维布”是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维、植物纤维中的一种；在步骤一中所述的“树脂”是环氧树脂、聚酰亚胺、热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮或聚乙烯醇中的一种；在步骤一中所述的“复合材料成型工艺”是热压罐法、真空袋法、模压法、液态成型方法、电子束固化方法中的一种；其中，在步骤二中所述的“力学试验机”是商用力学试验机或自制力学试验机；其中，在步骤三中所述的“有限元模型”是通过商用有限元软件或自编有限元代码建立的力学分析模型。