Was ist der Verhaltenstest von Verbundwerkstoffen?
Das allgemeine Studium der Mechanik von Materialien befasst sich mit gleichmäßig verteilten, isotropen Materialien, aber jetzt gibt es ein anderes Material, das immer mehr in der Technik verwendet wird, genannt Verbundwerkstoffe. Es ist ein anisotropes Material. Verbundwerkstoffe sind Materialien mit neuen Eigenschaften, die aus zwei oder mehr Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften durch physikalische oder chemische Methoden hergestellt werden, und im Allgemeinen sind die Eigenschaften von Verbundwerkstoffen besser als die ihrer Bestandteile. Was sind die Eigenschaften von Verbundwerkstoffen hinsichtlich des mechanischen Verhaltens und auf welche Weise manifestiert sich Anisotropie? Wie können anisotrope Werkstoffe ihre elastischen Konstanten messen, was sind die Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften zwischen verschiedenen Faseraufbaurichtungen und unterschiedlichen Belastungsrichtungen und was sind die Längs- und Nebenachszustände?... Um die Untersuchung dieser Fragen zu erleichtern, bearbeiteten wir eine Verbundplatte mit dem Verstärkungsmaterial in einer Richtung geschichtet (siehe Abbildung 1). Da die Bewehrung unidirektional ist, vermeidet sie viele der komplexen Fragestellungen in der Verbundforschung.
Das spezifische Material, das in diesem Experiment hauptsächlich untersucht wird, ist ein Glasfaserverbund, der unidirektional verstärkt ist. Das Modul der Elastizität der Glasfaser ist etwa 80~85 GPa und die Matrix ist Epoxidharz, dessen Modul der Elastizität ungefähr 3~5 Gpa ist. sein Volumenverhältnis von Faser zu Epoxidharz ist etwa 1; 1. auch vorgesehen sind bidirektional verstärkte Verbundwerkstoffe (orthogonale Verstärkung) mit einem Verhältnis von 18:14 Fasern in beiden Richtungen und einigen metallischen Materialien.
I. Versuchsprinzip und Prüfmethode
Die elastische Konstante eines Materials ist ein grundlegender Parameter, um die mechanischen Eigenschaften eines Materials zu beschreiben. Als Kennwert zur Messung der Steifigkeit und des elastischen Verformungsverhaltens eines Materials ist er ein sehr wichtiger Index in der theoretischen Berechnung und Konstruktion. Bekannte Materialien, wie Metalle, sind isotrope Materialien mit zwei unabhängigen elastischen Konstanten, nämlich dem Young-Elastizitätsmodul E und Poissons Verhältnis u (oder Schermodul der Elastizität G). Verbundwerkstoffe hingegen haben aufgrund ihrer ausgeprägten anisotropen Natur erhöhte unabhängige elastische Konstanten. Zur Bestimmung der elastischen Konstanten von Verbundwerkstoffen wurde das zu prüfende Material zu drei Proben mit Fasern bei 0°, 45° und 90° zur Belastungsrichtung verarbeitet. Die Dehnungen in drei Richtungen, d.h., längs-, quer, und 45 Die Dehnungsmessstreifen sind auf eine bestimmte Weise mit der Messbrücke verbunden, und die Dehnungssignale können direkt aus dem digitalen statischen Dehnungsmessstreifen an einem festen Punkt abgelesen werden oder die Belastungs- und Dehnungsdaten können automatisch vom Datenerfassungssystem erfasst werden. Die experimentellen Daten werden durch lineare Regression und Die elastischen Konstanten des Verbundwerkstoffs werden nach folgender Gleichung berechnet:
Die Definition der Koordinaten ist in Abbildung 2 dargestellt. Die gekoppelte Scherdehnung ist eine mechanische Eigenschaft des Verbundwerkstoffes im außerachsigen Spannungszustand. Zur Untersuchung und Messung der gekoppelten tangentialen Dehnung wurden zusätzlich zur 45° Richtung Dehnungsmessstreifen in 0° und 90° Richtung an die Probe angebracht. Wir konnten den Unterschied und die Eigenschaften der beiden Spannungszustände des Verbundwerkstoffes verstehen, d.h. entlang der Achse Spannung (O°, 90°) und außerhalb der Achse Spannung (45°), und die gekoppelte Scherdehnung experimentell messen.
1. Probenbearbeitung
Aus der Verbundplatte wird eine Standard-Zugprobe bei 0°, 45° und 90° gefräst. Die Form der Probe wird in Abbildung 3 gezeigt, und die Nennmaße der Probe sind t=2,5-5mm in der Dicke und b=25mm in der Breite, und die Probe wird mit Aluminium- oder Glasstahlblechen an beiden Enden verstärkt.
Abbildung 3
Die Methode zur Definition des Prüflingsnamen ist wie folgt:
1). Unidirektionaler Verbund
0° Probe ist in Richtung der Faser (längs);
90°-Prüfstück ist senkrecht zur Faserrichtung (quer);
45° Probe ist bei 45° mit der Faser ausgerichtet (45° off-axis).
2). Orthogonale Verbundwerkstoffe
0° Probe ist in Richtung der Hauptfaser (längs);
90° Probe senkrecht zur Richtung der Hauptfaser (quer);
Die 45°-Probe ist bei 45° zur Hauptfaser ausgerichtet (45° abseits der Achse).
2. Beschreibung des Dehnungsmessverfahrens und der Kupplung
The strain of the specimen is measured by resistance strain gauges. The resistance value of the resistance gauges is 120Q, the sensitivity coefficient K g is 2.08, and the transverse correction coefficient H=1.2%. The resistance gauges are symmetrically pasted on the front and back sides of the specimen, and three resistance gauges are arranged on each side in the directions of 0. (loading direction), 90° (vertical loading direction) and 45° (45° from the loading direction) ε0,ε90 and ε45.
Zur Erleichterung der Kopplungsmessung sind über der Patchposition eine Kupplungsplatte und eine 14-polige Buchse angebracht (siehe Abbildung 3). Die oberen und unteren Stifte der Buchse werden mit sechs Gruppen zusammengedrückt, um die sechs Leitungen der Widerstandslaschen in jeder der drei Richtungen hintereinander zu verbinden. Für die Messung wird eine Reihe von Drähten mit einem 14-poligen Stecker, dessen Stecker mit der Buchse verbunden ist, mit 12-Drähten verbunden, und alle zwei benachbarten miteinander verbunden, wobei 6-Ausgangsdrähte entsprechend den drei Dehnungsmessstreifen gebildet werden.
II. Versuchsziele:
1. Um die Methode der Prüfung der elastischen Konstanten von Verbundwerkstoffen zu meistern.
2. To determine the five elastic constants of composite materials, E1,E2,μ12,μ21 and G12.
3.To kennen die Eigenschaften der Anisotropie von Verbundwerkstoffen.
4. um die mechanischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe in verschiedenen Faseraufbaurichtungen und verschiedenen Belastungsrichtungen zu verstehen.
5. to study the relationship between E1,E2,μ12and μ21 in the along-axis properties;
6.Um das gekoppelte Scherphänomen während der außerachsigen Belastung zu untersuchen.
7. Zur Untersuchung der Messmethode der gekoppelten Scherdehnung.
III. Versuchsgeräte und Prüfstücke
1,Elektronische universelle Prüfmaschine
2. Eine Gruppe von unidirektional verstärkten Verbundproben
Proben 3.0°, 45° und 90° mit Dehnungsmessstreifen, die an den Proben befestigt sind.
4,Multi-Kanal Signal Vorverstärker und Datenerfassungssystem
5. Digitales statisches Mehrkanal-Dehnungsmessgerät;
5.0,02mm Federsättel.
IV. Prüfverfahren
Das zu prüfende Material ist ein einseitig verstärktes Verbundmaterial, und die Leistung der Probe in jeder Richtung ist sehr unterschiedlich. Achten Sie auf den Schutz des Prüflings während des Installations- und Ladevorgangs. Vor der Prüfung ist die für das Experiment erforderliche Datentabelle zu entwerfen, die Größe der Probe genau zu messen und die maximale Versuchslast Pmax der Probe entsprechend der zulässigen Spannung des zu prüfenden Materials und dem Dehnungsmessbereich des Dehnungsmessstreifens anzugeben.
1. Computerprobenahmeverfahren
Die sechs Widerstandsmessstreifen auf der Vorder- und Rückseite sind mit den sechs Kanälen des statischen Dehnungsmessstreifens verbunden. Jeder Kanal ist mit vier Anschlüssen ausgestattet, die A, B, C und D entsprechen. Der Test wird in einem einarmigen Messmodus durchgeführt, mit den Arbeitslehren, die an A und B angeschlossen sind, und den Temperaturkompensationslehren, die an B und C angeschlossen sind. Schalten Sie die Computerleistung ein, führen Sie die Lehrsoftware des Materialkrafttests in Fensterumgebung aus, Wählen Sie "Elastizitätskonstanten Bestimmungsexperiment", um automatisch die Prüfsignalanzeige und die Prüfmaschinensteuerungsschnittstelle einzugeben.
Stellen Sie unter den "Versuchsbedingungen" die variable Beschaffenheit jedes DMS-Kanals auf "einarmig" ein. Stellen Sie die Dehnungsanzeige für jeden Kanal vor dem Experiment auf Null ein. Wählen Sie niedrige Geschwindigkeit, drücken Sie "Start", um langsam zu laden, der Computer sammelt und zeichnet automatisch die Last, Verschiebung und sechs Dehnungssignale auf, bis die maximale Belastung des Experiments erreicht ist. Drücken Sie "End", um das Laden und die Probenahme automatisch zu stoppen. Nach dem Experiment können die Daten als Datendateien gespeichert und auf die Diskette kopiert werden, und die Daten können von einer anderen Software verarbeitet werden, oder Sie können zur Datenverarbeitungsschnittstelle gehen und die Beziehungskurven beobachten und gegebenenfalls die Neigung der ausgewählten Kurve herausfinden und ausdrucken.
2. Digitales DMS-Leseverfahren
Wählen Sie zuerst die Überbrückungsmethode aus und schließen Sie dann die Dehnungsmessstreifen gemäß der eingestellten Überbrückungsmethode an den Brückenkasten des Dehnungsmessstreifens an. Das Prüfstück wird einmal mit langsamer Geschwindigkeit beladen und zur Anfangslast entladen. Zeichnen Sie 5-10 Sätze von Last- und Dehnungsdaten in einem abgestuften Lademodus auf. Der beste Datensatz wird ausgewählt und lineare Regression wird durch kleinste Quadrate durchgeführt, um die Steigung der Kurve herauszufinden. Achten Sie darauf, den geeigneten Lastbereich innerhalb der maximalen Versuchslast Pmax auszuwählen und bestimmen Sie die Anfangslast P und die Endlast Pyv entsprechend den spezifischen Bedingungen. Die Ladegeschwindigkeit sollte kontrolliert werden, die Ladegeschwindigkeit bei Annäherung an die Steuerparameter reduzieren und rechtzeitig Messwerte aufnehmen. Überprüfen Sie bei der Aufzeichnung der Daten immer, ob die Dehnungsschritte linear sind. Der Test sollte mindestens zweimal wiederholt werden, und wenn die Daten stabil und wiederholbar sind, gut zu sein.
V. Organisation der Prüfdaten
1. Die Last- und axialen Dehnungsdaten und axialen Dehnungs- und Querdehnungsdaten jeder Probe werden durch die Methode der kleinsten Quadrate verarbeitet.
Calculate E1,E2,μ12,μ21和 and G12. for the material under test and analyze the results to discuss whether there is a quantitative relationship between the four constants of E1,E2,μ12and μ21.
2. Entsprechend den Parametern der geprüften Materialien, dem Elastizitätsmodul der Glasfaser E=85Gpa, dem Elastizitätsmodul des Epoxidharzes E=5Gpa und dem Elastizitätsmodul der Faser und des Epoxidharzes E=5Gpa.
5Gpa und das Volumenverhältnis von Faser zu Epoxidharz 1:1 berechnen die theoretischen Werte des Elastizitätsmoduls E und Ez und vergleichen sie mit den experimentellen Ergebnissen, um die möglichen Gründe für die Unterschiede zu analysieren.
3. Berechnen Sie die gekoppelte Scherdehnung yy bei P=2KN für unidirektionale und orthotrope Verbundwerkstoffe und erklären Sie, ob die Scherdehnung
4.Kann die gekoppelte Scherdehnung Yxy direkt beobachtet oder genau aus den experimentellen Daten bestimmt werden, und ist der Versuchswert mit dem berechneten Wert konsistent, und was zeigt der Fehler an?
Die Dehnungskurve wird auf Koordinatenpapier dargestellt.
5.Vergleichen Sie das Verbundmaterial mit dem allgemeinen metallischen Material und erklären Sie die Eigenschaften und Anisotropie des faserverstärkten Verbundmaterials.
6.Organisieren Sie die Daten und vervollständigen Sie den vollständigen experimentellen Bericht.