Quels sont les essais de performance des composites?
L'étude générale de la mécanique des matériaux porte sur des matériaux isotropes distribués uniformément, mais il existe un autre type de matériau qui est de plus en plus utilisé dans l'ingénierie, appelé composite. C'est un matériau anisotrope. Les composites sont des matériaux ayant de nouvelles propriétés qui sont fabriqués par des méthodes physiques ou chimiques à partir de deux ou plusieurs matériaux ayant des propriétés différentes. Habituellement, les propriétés des composites sont meilleures que celles des matériaux qui les composent. Quelles sont les caractéristiques des composites en termes de comportement mécanique et comment l'anisotropie se manifeste - t - elle? Comment les matériaux anisotropes mesurent - ils leurs constantes élastiques, quelles sont les différences de propriétés mécaniques entre les différentes directions de pose des fibres et les différentes directions de chargement, et quels sont les états axiaux et non axiaux? Pour faciliter l'étude de ces problèmes, nous avons travaillé sur une plaque composite dans laquelle le matériau de renforcement est stratifié dans une direction (comme le montre la figure 1). Étant donné que les barres d'armature sont unidirectionnelles, de nombreux problèmes complexes dans la recherche sur les composites sont évités.
Le matériau spécifique étudié dans cette expérience est le Composite renforcé unidirectionnel en fibre de verre. Le module élastique de la fibre de verre est d'environ 80 ~ 85 GPA, la matrice est de la résine époxy, et son module élastique est d'environ 3 ~ 5 GPA. Le rapport de volume entre la fibre et la résine époxy est d'environ 1; L'invention fournit également des composites renforcés bidirectionnels (renforcés orthogonalement), un rapport de fibres bidirectionnelles de 18: 14 et certains matériaux métalliques.
Principes expérimentaux et méthodes d'essai
La constante élastique du matériau est un paramètre fondamental pour décrire les propriétés mécaniques du matériau. En tant que valeur caractéristique pour mesurer la rigidité et le comportement de déformation élastique des matériaux, il s'agit d'un indice très important dans le calcul théorique et la conception technique. Les matériaux communs, comme les métaux, sont des matériaux isotropes ayant deux constantes élastiques indépendantes, à savoir le module élastique de Young e et le rapport de poisson U (ou le module élastique de cisaillement g). D'autre part, les composites augmentent leurs constantes élastiques indépendantes en raison de leur anisotropie remarquable. Pour déterminer la constante élastique du composite, le matériau d'essai a été traité en trois éprouvettes avec des fibres à 0°, 45° et 90° par rapport à la direction de chargement. Déformation dans trois directions, longitudinale, transversale, Et 45 « la direction de chaque échantillon est mesurée à l'aide d'un compteur de résistance. Le compteur de déformation est relié d'une manière ou d'une autre au pont de mesure, le signal de déformation peut être lu directement à partir d'un compteur de déformation statique numérique à un point fixe, ou les données de charge et de déformation peuvent être enregistrées automatiquement à l'aide d'un système d'acquisition de données. Les constantes élastiques des composites sont calculées à partir de l'équation suivante:
Les coordonnées sont définies à la figure 2. La déformation de cisaillement couplée est la propriété mécanique des composites soumis à des contraintes hors axe. Pour étudier et mesurer la déformation tangentielle couplée, des jauges de déformation ont été installées sur des éprouvettes dans les directions 0° et 90° en plus de la direction 45°. Nous pouvons comprendre les différences et les caractéristiques des deux états de contrainte des composites, à savoir la contrainte axiale (o°, 90°) et la contrainte hors axe (45°), et mesurer expérimentalement la déformation de cisaillement couplée.
1. Traitement des échantillons
Des éprouvettes de traction standard ont été fabriquées à partir de plaques composites de 0°, 45° et 90°. La forme de l'éprouvette est illustrée à la figure 3. La dimension nominale de l'éprouvette est t = 2,5 - 5mm d'épaisseur et b = 25mm de largeur. Les deux extrémités de l'éprouvette sont renforcées par des t ôles d'aluminium ou de PRF.
Figure 3
Le nom de l'éprouvette est défini comme suit:
1. Composite unidirectionnel
0° l'échantillon est dans la direction de la fibre (longitudinale);
90° l'éprouvette est perpendiculaire à la direction de la fibre (transversale);
L'échantillon de 45° est orienté à 45° par rapport à la fibre optique (45° par rapport à l'axe).
2. Combinaison orthogonale
0° l'échantillon est dans la direction de la fibre principale (longitudinale);
90° spécimen - perpendiculaire à la direction de la fibre principale (transversale);
L'échantillon de 45° est à 45° de la fibre optique principale (45° hors axe).
2. Méthode de mesure de la déformation et description du couplage
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.
Pour faciliter la mesure de l'attelage, fixer la plaque d'attelage et la prise à 14 broches au - dessus de la position du dispositif transdermique (voir figure 3). Les broches supérieure et inférieure de la douille sont court - circuitées ensemble et, à l'aide de six ensembles de broches, connectez les six fils de la Languette de résistance dans chacune des trois directions dans l'ordre. Lors de la mesure, une rangée de fils munis d'un bouchon à 14 broches relié à la prise et relié à 12 fils, chacun étant relié à deux fils adjacents, formant six fils de sortie correspondant à chacun des trois jauges de déformation.
II. Objectifs de l'expérience:
1. Maîtriser la méthode d'essai de la constante élastique des matériaux composites.
2. To determine the five elastic constants of composite materials, E1,E2,μ12,μ21 and G12.
3. Comprendre les caractéristiques anisotropes des composites.
4. Comprendre les propriétés mécaniques des composites dans différentes directions de pose de fibres et de chargement.
5. to study the relationship between E1,E2,μ12and μ21 in the along-axis properties;
6. étudier le phénomène de cisaillement couplé dans le processus de chargement hors axe.
7. Étudier la méthode de mesure de la déformation de cisaillement couplée.
Matériel d'essai et éprouvettes
1. Machine d'essai électronique universelle
2. Un groupe d'éprouvettes composites unidirectionnelles renforcées
Échantillons d'essai à 3,0°, 45° et 90° avec jauge de déformation fixée à l'échantillon.
4. Préamplificateur de signaux multicanals et système d'acquisition de données
5. Jauge de déformation statique numérique multicanal;
Calibre vernier de 5,0,02mm.
Procédure d'essai
Le matériau d'essai est un composite unidirectionnel renforcé, les propriétés de l'échantillon sont très différentes dans chaque direction. Veillez toujours à protéger les éprouvettes pendant l'installation et le chargement. Avant l'essai, la Feuille de données requise pour l'essai doit être conçue pour mesurer avec précision les dimensions de l'échantillon d'essai et donner la charge maximale d'essai Pmax de l'échantillon d'essai en fonction de la contrainte admissible du matériau d'essai et de la plage de mesure de la déformation de la jauge de déformation.
1. Méthode d'échantillonnage par ordinateur
Les six résistances à l'avant et à l'arrière sont reliées aux six canaux de la jauge de déformation statique. Chaque canal est équipé de quatre terminaux correspondant respectivement à a, B, C et D. l'essai est effectué en mode de mesure à bras unique avec des instruments de travail connectés à A et B et des instruments de compensation de température connectés à B et C. allumez l'alimentation de l'ordinateur et lancez le logiciel d'enseignement d'essai de force matérielle dans l'environnement Windows. Sélectionnez « expérience de mesure de la constante élastique » pour entrer automatiquement dans l'interface d'affichage du signal d'essai et de commande de la machine d'essai.
Dans les conditions expérimentales, la propriété variable de chaque canal de jauge de déformation est réglée à un seul bras. Avant l'expérience, réglez l'affichage de déformation à zéro pour chaque canal. Sélectionnez basse vitesse et appuyez sur "start" pour charger lentement. L'ordinateur recueille et enregistre automatiquement la charge, le déplacement et six signaux de déformation jusqu'à ce que la charge maximale expérimentale soit atteinte. Appuyez sur end pour arrêter automatiquement le chargement et l'échantillonnage. Après l'expérience, les données peuvent être sauvegardées sous forme de fichiers de données et copiées sur disquette. Les données peuvent être traitées par d'autres logiciels, ou elles peuvent entrer dans l'interface de traitement des données pour observer la courbe de relation. Si nécessaire, découvrez la pente de la courbe sélectionnée et imprimez - la.
2. Méthode de lecture de la jauge de déformation numérique
D'abord, sélectionnez la méthode de pont, puis connectez le plomb de la jauge de déformation à la boîte de pont de la jauge de déformation selon la méthode de pont définie. L'éprouvette est chargée une fois à basse vitesse et déchargée à la charge initiale. Enregistrer 5 à 10 ensembles de données de charge et de déformation en mode de chargement par paliers. Sélectionnez le meilleur ensemble de données et faites une régression linéaire par la méthode des moindres carrés pour trouver la pente de la courbe. Il est à noter que la plage de charge appropriée doit être choisie à l'intérieur de la charge expérimentale maximale Pmax et que la charge initiale P et la charge finale pyv doivent être déterminées en fonction des conditions spécifiques. La vitesse de chargement doit être contrôlée, réduite à l'approche des paramètres de commande et lue en temps opportun. Lors de l'enregistrement des données, vérifiez toujours que l'accroissement de déformation est linéaire. L'essai doit être répété au moins deux fois et les résultats sont bons si les données sont stables et reproductibles.
Organisation des données d'essai
1. Les données de charge et de déformation axiale ainsi que les données de déformation axiale et transversale de chaque échantillon sont traitées par la méthode des moindres carrés.
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. Selon les paramètres du matériau mesuré, le module élastique de la fibre de verre e = 85gpa, le module élastique de la résine époxy e = 5gpa et le module élastique de la fibre et de la résine époxy e = 5gpa.
Les valeurs théoriques des modules d'élasticité e et ez ont été calculées et comparées aux résultats expérimentaux afin d'analyser les causes possibles des différences.
3. Calculer la déformation de cisaillement couplée yy des composites anisotropes unidirectionnels et orthogonaux à P = 2kn et expliquer si la déformation de cisaillement est
4. La déformation de cisaillement de couplage yxy peut - elle être observée directement ou déterminée avec précision à partir des données expérimentales? La valeur expérimentale est - elle compatible avec la valeur calculée? Qu'indique l'erreur?
Les courbes de déformation sont tracées sur du papier de coordonnées.
5. Comparer les composites avec les matériaux métalliques généraux et expliquer les caractéristiques et l'anisotropie des composites renforcés de fibres.
6. Organiser les données et compléter le rapport d'essai complet.