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聚合物基复合材料冲击后压缩性能测试:检测工具和方法探究

 更新时间:2023-11-16 点击量:296

在航空和航天领域,聚合物基复合材料扮演着关键的角色,它们通常用于制造飞机、太空探测器和其他高性能应用中的结构件。这些材料具有轻量、高强度和优异的机械性能,但在面对冲击负荷时,它们可能会遭受不同程度的损害。因此,为了确保航空和航天器件的可靠性和安全性,需要对这些材料的冲击后压缩性能进行详尽的测试和评估。

ASTM D7137/D7137M标准试验方法是一种广泛应用的测试标准,它旨在确定冲击后聚合物基复合材料的压缩残余强度特性。这个标准测试方法利用特定工装对包含预先引入损伤的试样进行压缩性能测试,以模拟实际使用条件下可能遭受的冲击载荷。通过评估冲击后的压缩性能,可以确定复合材料在受到损害后仍能承受的荷载能力,从而评估其损伤容限。

在这篇文章中,科准测控小编将深入探讨聚合物基复合材料冲击后压缩性能测试原理和步骤,以及它如何帮助工程师和研究人员评估聚合物基复合材料的冲击后压缩性能。通过这篇文章,读者将更好地理解冲击后压缩性能测试的重要性以及其在航空和航天领域中的关键作用。

一、测试原理

通过在矩形试样中心施加冲击能量,然后施加沿厚度方向的压缩载荷,以模拟复合材料在冲击后的压缩性能,以评估其损伤容限。

二、测试标准

参考标准为ASTM D7137/D7137M-23 《损坏的聚合物基复合材料板的压缩残余强度特性的标准试验方法》

三、测试仪器

1、仪器化落锤冲击试验机

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a锤体的更换,针对用户对不同试样的冲击要求,需不同更换不同质量范围的锤体。锤体

通过增加砝码可满足 8kg23kg 重量的冲击。锤头的更换,用户可根据各种试验方法标准,更换符合标准的冲击锤头。

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a、落锤冲击头应有导向装置,冲击点的重复性偏差应不大于3mm。试验装置应有防止二次冲击的装置。如果没有防止二次冲击的装置,可以通过在冲击头离开试样表面反弹后,用一片刚性材料(木头,金属等)插到冲击头和试样之间,以防止二次冲击。

b、落锤高度可调,高度标尺精度为0.5mm。冲击试验支撑夹具上下表面的平行度应能够保证试样支撑夹具上下表面的平行度应能够保证试样在受冲击位置水平放置,导向销必须保证试样中心收到冲击,铰接夹及其橡皮头,在试样收到冲击过程中能够压紧试样。

2、冲击后压缩试验夹具

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注:冲击后压缩试验夹具应具有足够的刚度和尺寸精度,以保证试样均匀受压,并且不会发生屈曲

3、千分尺

4、试验条件

压缩速度:1.25mm/min0. .5mm/min

试验温度:在室温(23°)和相对湿度小于60%条件下进行

冲击能量的计算:

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四、测试流程

1、试样的制备

1试样形状及尺寸

试样形状及长度、宽度尺寸如图所示试样尺寸公差为士0.25mm

2)试样厚度

试样厚度为4.0~6.0mm,尽可能接近5.0mm

3)试样数量

每组的有效试样应不少于5

4)层合板的铺层方式

a、单向层合板

铺层顺序为[45/0/-45/90]ns,其中n为整数。如果预计的厚度值小于4.0mmn值应变为n+1。针对不同的固化后单层名义厚度推荐层合板的铺层方式,见表13。层合板的0°纤维方向与试样长度方向一致。

b、机织物层合板

那么应该采用N的后继值即N+1。表1中提供了对不同的固化后单层名义厚度推荐的铺层,层压板的铺层应这样定义,使得0°纤维方向与长度方向尺寸相一致。

c、其他铺层方式

这种层压板必须有多向纤维方位(对预浸带层压板纤维方位至少为3个,对织物层压板至少2个铺层方位),它们相对试验方向是对称均衡的。由其他铺层顺序进行的试验必须指明所记录的铺层顺序,并给出包括所有试验结果的报告。

2、操作步骤

1)初步检查试样外观,确保没有显著的缺陷或损伤。

2)测量试样中心点(冲击点)四周四点的厚度,取平均值,同时测量试样的宽度。

3)计算需要施加在试样中心的冲击能量,并将试样固定在冲击试验支撑夹具上。确保冲头准确对准试样中心,使用硬橡胶垫片固定试样的四个角。计算并设置合适的冲击高度,然后进行冲击测试。

4)在冲击后,测量并记录冲击表面和背面的损伤情况,包括凹坑尺寸和背面的裂纹形状、尺寸。使用游标卡尺测量凹坑的最大深度。另外,使用超声扫描仪观察和分析损伤面积和尺寸。

5)安装试样在试验夹具中,按照规定的速率施加压缩载荷,直至达到最大载荷值。在载荷下降至最大载荷的约30%时,终止试验,以避免真实破坏模式被大范围的畸变所遮蔽,并防止损坏支持夹具。在整个试验过程中,记录时间、位移、载荷等数值,以生成力-位移曲线。

3、计算

1)极限压缩强度

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2)有效模量

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3)统计——对每个系列试验的压痕深度d,计算平均值、标准差和偏差系数(百分数)。

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以上就是小编介绍的聚合物基复合材料冲击后压缩性能测试的内容了,希望可以给大家带来帮助!如果您还想了解更多关于聚合物的冲击性能测试、聚合物材料的抗冲击强度、聚合物的冲击性能和落锤冲击试验机的工作原理和规程等问题,欢迎您关注我们,也可以给我们私信和留言,科准测控技术团队为您免费解答!