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復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)剪切性能測試標(biāo)準(zhǔn)對比

更新時間:2024-12-16點擊次數(shù):1565




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夾芯板是一種由兩層金屬(或其他材料)面板和中間填充的高分子隔熱材料組成的復(fù)合板材,隨著現(xiàn)代航空航天、汽車和建筑等領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅芤蟮牟粩嗵岣撸瑠A芯板因其輕質(zhì)、高強度、高剛度和耐腐蝕性等優(yōu)異特性而得到廣泛應(yīng)用。


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各類復(fù)合材料



在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中,夾芯板作為一種典型的承載結(jié)構(gòu),其剪切性能直接影響到整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。不同國家和地區(qū)針對夾芯板的剪切性能測試制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),其中 GB/T 1455ASTM C273 是兩種常用的測試方法。對比兩種測試方法的硬件需求、測試流程及其在夾芯板剪切性能測試中的應(yīng)用對客戶非常有意義。


PART.01
01
樣品準(zhǔn)備與尺寸要求
SPECIMEN PREPERATION AND SIZE REQUIREMENTS


GB/T 1455
根據(jù) GB/T 1455 的規(guī)定,夾芯板樣品準(zhǔn)備較為靈活,樣品的尺寸通常要求為寬度 60mm,試樣長度大于或等于芯子厚度的 12 倍,但可根據(jù)實驗條件和夾芯板的實際厚度和長度進行調(diào)整,標(biāo)準(zhǔn)要求夾芯板的面板材料和核心材料都應(yīng)符合規(guī)定的性能要求。

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試樣形狀示意圖


ASTM C273

通常樣品的尺寸寬度不小于 50mm,且必須保證樣品的對稱性與均勻性。此外,ASTM 標(biāo)準(zhǔn)對面板與核心材料的密度差異也有明確的要求,以確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。



PART.02
02
測試裝置與施加方式
TESTING DEVICE AND APPLICATION METHOD


GB/T 1455

提供兩種夾具:一種用于拉伸剪切測試,另一種用于壓縮剪切測試。兩種夾具都配有常規(guī) 15mm 厚金屬板。任何一種夾具都可以測試包括蜂窩芯結(jié)構(gòu)和連續(xù)芯結(jié)構(gòu)(如泡沫或輕木)在內(nèi)的各種不同的夾層芯材料,并且在金屬板兩側(cè)均需安裝變形計和附件。


在測定平面剪切模量時,需要施加初載(破壞載荷的 5%)直至(破壞載荷的 20%)觀察兩側(cè)變形計讀數(shù)基本一致后,卸至初載,按照推薦的 0.5mm/min-1mm/min 加載至破壞。


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拉剪試驗裝置示意圖


ASTM C273

同樣要求使用兩種模式的夾具進行拉伸剪切和壓縮剪切測試,但只需要在金屬板一側(cè)安裝變形計,測試僅需按照推薦的 0.5mm/min 加載至試樣破壞。


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PART.03
03
數(shù)據(jù)處理
DATA PROCESSING


GB/T 1455

主要通過記錄樣品破壞時的載荷值來計算剪切強度。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了載荷與樣品破壞面之間的關(guān)系,平面剪切強度的計算公式也較為直接,測試人員需記錄破壞的模式。


ASTM C273

該標(biāo)準(zhǔn)的計算方法更為細(xì)致,需綜合考慮剪切載荷與試樣形變的關(guān)系。在芯子剪切模量的計算中,計算模量的兩點必須記錄下來,這樣更有利于數(shù)據(jù)對比和分析。此外,ASTM C273 標(biāo)準(zhǔn)對樣品的破壞模式有詳細(xì)的描述和要求,測試人員需記錄破壞的類型與 GB/T 1455 一致,以便分析剪切失效機制。



PART.04
04
剪切性能測試的結(jié)果對比
COMPARISON OF TESTING RESULTS


結(jié)果一致性與可比性

由于 GB/T 1455 和 ASTM C273 在測試條件、樣品尺寸、載荷施加方式等方面的差異,導(dǎo)致兩者在測試過程中可能得到不同的剪切強度結(jié)果。


GB/T 1455 標(biāo)準(zhǔn)由于對樣品尺寸和測試裝置的要求較為寬松,因此可能在實際應(yīng)用中適用于更大范圍的夾芯板材料和結(jié)構(gòu)。


而 ASTM C273 標(biāo)準(zhǔn)則更為嚴(yán)格,通常得到的測試結(jié)果更為精確,但對材料的適用范圍可能有所局限。



剪切失效模式分析

在實際測試中,夾芯板的剪切破壞模式可能因標(biāo)準(zhǔn)的不同而有所差異。


GB/T 1455 標(biāo)準(zhǔn)通常觀察到的剪切失效模式為面板剝離或核心材料壓潰;而在 ASTM C273 標(biāo)準(zhǔn)下,由于測試過程中對夾芯板核心和面板的夾緊要求較高,因此可能更多地觀察到面板剝離與核心壓潰共同作用的失效模式。這些差異可能與標(biāo)準(zhǔn)中對剪切力施加方式和加載速率的不同要求有關(guān)。











結(jié)論








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GB/T 1455 與 ASTM C273 標(biāo)準(zhǔn)均為評估夾芯板剪切性能的有效方法,但由于其測試條件和實驗流程的差異,導(dǎo)致了在應(yīng)用中的一定差別。


GB/T 1455 的要求更為寬松,適用于大范圍的夾芯板材料,但可能在精度和結(jié)果可比性方面略遜一些;而 ASTM C273 則在測試精度和數(shù)據(jù)處理方面較為嚴(yán)格,適用于對測試結(jié)果要求更高的場合。


選擇哪種標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)依據(jù)實際應(yīng)用需求測試精度要求來決定。在實際應(yīng)用中,工程師可以根據(jù)項目要求選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn),以確保結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性。




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