Page 29 - 理化检验-物理分册2023年第一期

史耀辉, 等: 分层缺陷深度对复合材料层合板力学性能的影响

验结果的影响, 将层合板铺层设计为0° 方向14层,

板厚为2.5mm 。
层合板为对称结构, 拉伸、 压缩试验时, 层合板
受力和约束均对称, 层合板中心对称位置的分层缺
陷对拉伸、 压缩试验结果的影响一致, 因此将压缩及
拉伸试样分为7组, 各组试样的分层缺陷分别位于
层合板2~8层相邻的两层间; 弯曲试验时, 层合板
沿对称面分为受压一侧和手拉一侧, 试样两侧受力
状况不同, 不可对称简化, 因此弯曲试样分为14组,
各组试样的分层缺陷分别位于层合板2~13层相邻
的两层间。压缩、 拉伸和弯曲试验的试样尺寸如图
1所示。

图3 压缩、 拉伸和弯曲的试验过程

2 试验结果及分析

2.1 力学性能测试
压缩、 拉伸和弯曲试验后试样的宏观形貌如图
4所示。由图4可知: 在到达极限载荷后, 压缩试样
瞬间被压溃; 在破坏时, 拉伸试样纤维整体崩断并散
开; 在接近破坏时, 弯曲试样受拉一侧的纤维断裂,
持续加大载荷, 试样的弯曲挠度突然增大, 并发生弯
图1 压缩、 拉伸和弯曲试验的试样尺寸示意 曲破坏。

层合板实际铺层以及分层缺陷预置方式如图2
所示, 沿板件长边0° 方向将碳纤维预浸料逐层铺设
于板上, 根据分层缺陷的放置要求, 在分层缺陷处放

置直径为19mm 的圆形聚四氟乙烯薄膜, 并在铺层
最外侧标记分层缺陷的具体位置( 见图2虚线处)。

图4 压缩、 拉伸和弯曲试验后试样的宏观形貌
图2 层合板实际铺层以及分层缺陷预置方式示意 2.2 对抗压强度的影响
1.2 试验方法 分层缺陷深度与层合板抗压强度的关系如图5
试验采用的压力机可更换不同夹具, 以满足压 所示。由图5可知: 分层缺陷在试样的2~4层相邻
缩、 拉伸和弯曲的试验条件, 压缩、 拉伸和弯曲的试 的两层间( 即分层缺陷深度小于板厚的 1 / 4 ) 时, 分
验过程如图3所示。由图3可知: 压缩试验时, 为避 层缺陷的深度是影响层合板抗压强度的主要因素,
免偏心压缩, 将上、 下压块通过导轨连接; 拉伸试样 层合板抗压强度随分层缺陷深度的增加而减小; 当
通过气动夹具与试验机连接, 在试样夹紧后先预加 分层缺陷深度为板厚的1 / 4 ( 层合板中性面) 时, 层合
载, 确保无误后再加载拉力; 弯曲试验为3点弯曲。 板的抗压强度最小, 约为无分层缺陷层合板( 正常试
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