Instron 复合材料新闻

第 2 期

双剪切

来自拉夫堡大学的周博士在其撰写的一篇论文中描述了一种测量复合压层板层间剪切 (ILS) 特性的新型双剪切 (DBS) 试验方法,并在第 16 届欧洲复合材料会议上进行了介绍. 相对于现有的短梁剪切和 Iosipscu 方法而言,新方法有着显著的改进,它通过加强 ILS 应力的绝对比例,使 ILS 断裂模式始终保持一致. 另外,新方法设置简单,采用了简单的矩形试样设计.

更多详情,请联系 Ian McEnteggart.

复合材料疲劳试验中的夹持效果

在复合材料的力学性能性能试验中,夹持方法对结果值和结果一致性影响巨大. 在测量和了解复合材料动态特性的动力不断驱使下,有时候必须重新审视以往的试样夹持方法.

夹片和夹持力

对于夹片式或者非夹片式试样设计,长期以来发展形成了多种国际标准,另外还有一些常见的非正式方法,但它们都只是对夹持力提供定性指导.

将同一种材料的试样使用不同的夹片进行准备,然后将它们夹持在液压夹具中,并施加恒定循环载荷。峰值应力为 300 MPa,在 0.1 的载荷率下相当于 50 % 的静力强度. 分别在作动缸处和直接在标距长度中点 25 mm 截面上测量位移。通过在计算每个循环寿命的动态模量时加大夹持压力,可以显而易见地看出恰当夹持力和直接标距长度测量.

图 1 所示为根据作动缸位置计算动态模量所产生的相对于引伸计测量值的误差. 负误差意味着存在巨大的剪切或者滑动;其效应相当于试样更柔韧,标距长度更大。相反,正误差意味着试样上存在一定的约束过度,致使标距长度两端表现出更大的轴向刚性.

循环载荷

众所周知,复合材料在循环加载下会通过各种热能和微裂缝释能的共同作用,受到巨大的自热效应的影响. 显然这会导致其他文章已经讨论过的其他试验问题,不过这有助于识别引入应变和断裂的位置.

使用基本的热成像相机捕捉试样边缘的温度上升(图 2 所示为标准 GFRE 夹片的示例),然后采用行扫描沿中心获取温度,如图 3 所示.

很显然,在标准夹片式试样中,仅在夹持部分的末端就有极高程度的加热。使用无粘结的砂布夹持试样的情况相似。在夹面上使用一体式磨蚀面(不使用夹片)似乎可以降低陡峭的加热峰值,但可能由于滑动和摩擦的缘故,会导致更多的热量被进一步引回到夹具上.

相比之下,不使用夹片或者使用铝合金夹片的试样从夹持状态到自由长度状态之间的过渡非常舒缓。这些数据表明,特别对于循环试验,复合材料试样的标准夹持方法在非典型载荷条件下容易导致标距长度之外的损坏和断裂.

结论

根据目前的观察,复合材料现有的标准夹持方法对于静态试验比较合适和可靠,并且对设置具有容忍性。不过有证据表明,它们虽然可以对颇有些人气的其他方法带来技术好处,但对于国际标准却不尽然. 随着人们对复合材料动态试验的兴趣与日俱增,我们坚信动态试验将更为重要,因此我们正努力对上文讨论的效应进行进一步评估.

SAMPE 西雅图会议上举行增材制造比赛

2014 年 SAMPE 西雅图会议上,一根 57.15 mm 高、0.0193 kg 重的立式支柱承受 4413.9 磅力。在会议上,Instron 为学生增材制造比赛提供了 5969 双立柱试验系统.

 

先进材料与工艺技术工程应用学会 (SAMPE) 是提供材料和加工技术信息分享平台的专业工程学会。6 月 2 日至 5 日举办的 2014 年 SAMPE 西雅图会议上,专业人士齐聚致力于传播知识和扩大交际圈的国际展览和展会。除增材制造比赛外,学生桥梁比赛是学生们使用复合材料创建微型桥梁结构进行相互比拼的又一个机会. 

Instron 在会议上与学会成员进行了接洽,并赞助了学生增材制造比赛. 在比赛中,高中生和大学生们首先设计出立式支柱,然后使用西雅图的一台 Stratasys 3D 打印机打印,最后将它们放在 Instron 机架的压板之间进行测试. 来自加州理工大学的 Joe Vanherweg 荣获第一名,他设计的立柱能够承受 4413.9 磅力. 作为奖品,他赢得了一台 Stratasys MakerBot 3D 打印机.

恭喜您,Joe!