正交玻纤复合资料拉伸试验

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1、-正交玻纤/环氧复合材料两个方向的对比拉伸实验摘要：玻璃纤维增强环氧树脂是玻璃钢的一种。本文记录了正交玻纤/环氧复合材料两个方向的对比拉伸实验过程和结果，描述了玻璃纤维增强环氧树脂的一些力学性能，并且结合材料的微观结构，对其宏观力学性能的不同做出了解释；同时，概述了玻璃纤维增强环氧树脂的一些应用并提出了展望。关键词：玻璃纤维；环氧树脂；复合材料；应力集中；引言：相比传统材料，复合材料具有一系列不可替代的特性，自二次大战以来发展很快。尽管产量小，但复合材料的水平已是衡量一个国家或地区科技、经济水平的标志之一。美、日、西欧水平较高。北美、欧

2、洲的产量分别占全球产量的33%与32%，以中国（含台湾省）、日本为主的亚洲占30%。中国大陆2003年玻璃纤维增强塑料逾90万吨，居世界第二位。复合材料主要由增强材料与基体材料两大部分组成：增强材料：在复合材料中不构成连续相赋于复合材料的主要力学性能，如玻璃钢中的玻璃纤维，CFRP（碳纤维增强塑料）中的碳纤维素就是增强材料。基体：构成复合材料连续相的单一材料如玻璃钢（GRP）中的树脂（本文谈到的环氧树脂）就是基体。.---按基体材料不同，复合材料可分为三大类：树脂复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料。复合材料与普通金属材料相比

3、,除了其细观的非均质性和宏观的各向异性外,还具有明显的物理非线性,且在加载过程中一般无明显的屈服点,特别是由正交各向异性单层板叠压成型的层合板即使在低应力水平时,也有明显的非线性,尤其以剪切非线性为突出。1.实验目的1o通过拉伸实验，观察分析正交编织复合材料在0o和45o两个方向上的拉伸过程，观察断口，比较其机械性能。2o测定材料在两个方向上的弹性模量、强度指标。3o分析玻璃纤维的弹性模量，分析强度（100cm3复合材料纤维体积分数为60%，纤维直径10μm）。4o进一步熟悉电子万能材料试验机的使用。2.实验方案2.1使用设备WDW－3

4、050电子万能试验机、机械式引申计、光学引申计、计算机、游标卡尺、直尺等。2.2试样本试验采用板状切割的拉伸试样，几何形状如图1.---所示，采用两块试样，其拉伸方向分别为复合材料的0o和45o方向。它有夹持、过渡和平行三部分组成，它的夹持部分稍大，与平行部分光滑连接，以保证试样破坏时断口在平行部分。图1：试验件示意图2.3实验原理将试样安装在试验机的夹头中，按照教师预先规定的试验参数设定试验机（提高试验结果可比性），检查无误后开动试验机，使试样受到缓慢增加的拉力，直到拉断为止，并利用试验机采集的数据在Matlab上处理、绘图。2.4实

5、验步骤1o测量试样原始尺寸：用游标卡尺测量试件基本尺寸，如标记段原始长度，宽度，厚度，多测几次取平均。光学引伸计实验中应该用快干墨水或带色涂料标出两个标记点。2o试验机准备：预先开动试验机，确定试验机工作正常。打开相机，确认图像可以正常采集。3o安装试样：夹持试样，使试样的纵轴与试验机的加载轴基本保持平行。.---4o设定实验方案：再次检查试验机工作状态，调整相机位置，保证图像采集。5o进行试验：以预先设定的加载速度连续加载至试样破坏，记录破坏荷载和试样破坏的最大位移。6o试样断后尺寸测定：取出试样断体，观察断口情况。然后将试样在断裂处

6、紧密对接在一起，并尽量使其轴线处于同一直线上，测量试样断后标距L（可直接用游标卡尺测量标距两端点的距离）。7o归整实验设备结束试验：完成全部测量后，将所使用的仪器设备全部复原，并将试验数据记录拷入U盘，关闭试验机。3实验结果及分析3.1试验数据记录表1：实验测定的试件几何尺寸拉伸方向标记段长度宽度原平均值b/mm厚度原平均值h/mm截面积A/mm2原长L0/mm改变量L/mm0o100.003.9224.601.7843.79.---45o22.461.5424.501.7943.863.2数据处理表2：实验测定的弹性模量、抗拉强度和延

7、伸率拉伸方向抗拉强度b/MPa断后伸长率/％弹性模量/GPa0o1603.92%11.7645o906.08%5.393.3结果分析3.3.1破坏过程及破坏特征加载初期试件外观等没有明显变化，加载过程中始终伴随“噼啪”的纤维断裂声，当加载到试件的极限荷载时试件破坏，此时玻璃钢纤维大部分被拉断，只有小部分相连。试件破坏典型形态见图2。图2：玻纤/环氧复合材料典型破坏图.---3.3.2顺纤维（0o）方向力学性能该复合材料顺纤维方向拉伸典型荷载-位移曲线、应力-应变曲线分别如图3，图4所示。图3：0o顺纤维方向拉伸荷载-位移曲线.---图4

8、：0o顺纤维方向拉伸应力-应变曲线以及拟合曲线注：图中的应力为名义应力，利用荷载值除以试件截面面积得到，后文中应力均为名义应力。图3中荷载-位移曲线上升阶段基本呈一条直线，直到最大应力达到160MPa，载荷