Способ испытания плоских образцов слоистых материалов Советский патент 1993 года по МПК G01N3/08 

Ё

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам испытания образцов слоистых композиционных материалов на прочность, и может быть использовано для моделирования эксплуатационного нагружения силовых обшивок крупногабаритных объектов. Используется для испытания плоских образцов слоистых материалов, склонных к кромочному, расслоению. Изобретение позволяет получать на узких образцах достоверные механические характеристики исследуемого материала. Для этого применяется дискретная фиксация свободных кромок образца, полностью устраняется краевой эффект и сохраняетсяневозмущенное напряженно-деформированное состояние образца. 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам испытания образцов слоистых композиционных материалов на прочность, и может быть использовано для моделирования эксплуатационного нагружения силовых обшивок крупногабаритных объектов. При исследовании на относительно узком образце механических характеристик композиционного материала значительное влияние оказывает раннее расслоение образцов, которое обычно начинается на кромках, и называется кромочным эффектом.

Цель изобретения - моделирование напряженно-деформированного состояния, возникающего при эксплуатационном на- гружении силовых обшивок крупногабаритных объектов.

Благодаря дискретной фиксации кромок, напряженно-деформированное состояние (НДС) образца приближается к НДС обшивок крупногабаритных объектов. В процессе нагружения, разрушение образца начинается не на кромках, т.к. они поджаты. С другой стороны: предлагаемый способ позволяет кромкам деформироваться в осевом направлении заодно с телом образца.

На фиг. 1 дан общий вид оснастки для осуществления способа; на фиг. 2 - сечение по А-А; на фиг. 3 - сечение по В-В.

Оценить геометрические характеристики оснастки для реализации данного способа позволяет достаточно грубое приближение. Зафиксированную кромку можно представить в виде многопролетной балки, нагруженной распределенной нагрузкой и опертой на шарнирные опоры. В

00

о -ч

00 W

этом случае в качестве распределенной нагрузки выступает межслоевое нормальное напряжение о , по толщине пакета. Шаг закрепления I можно определить из условия предельной поперечной деформации кромки Ј г, которая эквивалентна прогибу моделирующей балки Zmax. Ширину губок бандажа Д можно определить из условия предельных контактных напряжений flz.

На фиг. 3 представлено поперечное сечение слоистого образца. Заштрихованный участок сечения моделируется эквивалентным сечением балки с моментом инерции Jy и модулем упругости Ех, определяемым по правилу смесей. Используя уравнение трех моментов можно определить зависимость длины пролета I от механических характеристик материала и нагрузки

V 32 Z

max

ЕХНС Ok

где а г - П2+ - прочность связующего .Ex--2().

., a HJ Jy- -ТГ.

Ширина губок образца

А- lЈ|. пг

В ГОСТ 25601-80 показано, что кромочный эффект локализован на расстоянии 2Н от кромок, поэтому размер а целесообразно принимать а Н - 2Н.

В табл. 1 приведены результаты расчета для различных материалов (Н 1 мм, Б г).

Данный способ испытаний был использован с помощью приспособления, общий вид которого представлен на фиг. 1. Оно состоит из образца 2, нескольких зажимов 1, каждый из которых фиксирует участок кромки образца с помощью болта 3. Зажимы могут перемещаться вдоль направляющей 4.

Испытания проводились на углепласти- ке f -SO/QOJs, имеющем склонность к расслоению. Исследовались прочность О, и эффективный модуль упругости Ex. Для моделирования бесконечно широкой полосы были изготовлены трубчатые образцы, методика испытаний которых известна. Их характеристики являлись базовыми для остальных образцов. В соответствии были отформованны плоские модельные плиты

размером 100 200 мм. Часть плит разрезали специальным режущим инструментом на образцы-полоски шириной 20 мм ГОСТ 25602-80.

Испытания выполнялись при постоянной скорости нагружения V 1 мм/мин. Продольная деформация Ј х измерялась навесным электромеханическим тензометром, Узкие образцы испытывались: без фиксации кромки; с наклеенными бандажами, из органопластика, с помощью приспособления (см. фиг, 1-3).

Схема армирования сплошного бандажа выбиралась из условия соответствия его

свойств расчетным свойствам испытуемых

образцов. При этом имелась возможность обеспечить соответствие либо прочностных, либо упругих характеристик.

В табл. 2 приведены.результаты испытаний, в скобках указаны данные для бандажей, выбранных по упругим свойствам.

Из представленных данных следует, что для композиционных материалов кромочный эффект наблюдается даже при достаточно большой ширине испытуемых образцов, (см. столбцы № 2 и № 3). Сплошная фиксация кромок узкого образца приводит к искажению НДС, так: при использовании бандажа, подобранного по

прочностным свойствам существенно изменяется эффективный модуль упругости ( д Ех 8%); а при подборе бандажа по упругим свойствам изменяется прочность ( д Ох - 16%). Дискретная же фиксация кромок наиболее точно моделирует полосу бесконечной ширины.

Формула изобретения Способ испытания плоских образцов слоистых материалов, по которому фиксируют кромки испытуемого образца материала по толщине и прикладывают к нему испытательную нагрузку, отличающийся тем, что, с целью моделирования напряженно- деформированного состояния, возникающего при эксплуатационном нагружении силовых обшивок крупногабаритных объектов, фиксацию кромок по толщине выполняют дискретно с шагом I, определяемым по формуле

V 32 Z,

max

ExjhT Oz

где ffz Пг+ - межслоевое нормальное 55 напряжение образца;

Пг+- предельное контактное напряжение образца;

,. J EI hi

Ex и- модуль упругости материала образца;

Ь

.1

Н hi - полутолщина образца; Zmax - величина прогиба балки, моделирующей кромку испытуемого образца.

Таблица 1

Та б л иц а 2

JL/)

Фаг.1

Физ.2 В-В подернутй

Фиг.З