[發明專利]一種復合材料動態剪切試驗方法

在審

• 申請號: 201810101384.4
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108204918A
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 費慶國;郭飛;李彥斌;張培偉;王猛;于靜巍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N3/24
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張華蒙

本發明公開了一種復合材料動態剪切試驗方法，屬于材料技術領域，包括如下步驟：1)將復合材料按照各個材料主方向加工成凸字型試樣；2)將試樣安裝在霍普金森壓桿上進行動態加載，并根據實驗過程中記錄的入射應變信號、反射應變信號和透射應變信號計算出試樣的抗剪強度與應變率。本發明無需另外加工夾具，采用現有的霍普金森壓桿即可完成對復合材料各方向剪切力學性能的測量，節約試驗成本，并且有效地避免了因機械連接對霍普金森壓桿測量精度的影響；此外，復合材料凸字型試樣具有對稱形式且底部設置有連接區域，因此能保證在加載過程中試樣發生剪切破壞。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種復合材料動態剪切試驗方法。

背景技術

復合材料在航空航天領域應用十分廣泛，且飛行器結構長期服役于動載環境中，據研究表明復合材料具有明顯的應變率效應，即材料的強度、剛度隨著應變率的變化而改變。

因此研究復合材料在動態加載條件下的力學性能對飛行器結構的設計尤為重要，復合材料動態剪切力學性能是其中重要的組成部分。

CN203643279U公開的“一種材料動態剪切性能的測量裝置”，通過霍普金森壓桿對測試裝置進行加載，進而對試樣進行剪切加載。由于試樣與工裝、工裝與霍普金森壓桿之間存在接觸關系，應力波在接觸面上存在入射、透射及反射，最終導致測試結果精度的降低。CN107063892A公開的“一種利用霍普金森壓桿計算混凝土動態抗剪強度的方法”，提到的混凝土試樣為圓柱形，為了實現剪切加載，在試樣與霍普金森壓桿接觸面上采用臺階設計，該方法采用的是非對稱的單面剪切加載，在加載工程中試樣在剪切面上發生復合型失效，使得測試結果存在較大誤差。

因此，工程中亟需一種準確測量復合材料動態剪切力學性能的試驗方法。

發明內容

發明目的：為了解決現有技術存在的問題，本發明提供一種復合材料動態剪切試驗方法，該方法采用對稱的凸字型復合材料試樣，且無需另外加工夾具采用現有的霍普金森壓桿即可完成對復合材料各方向剪切力學性能的測量，具有測試精度高等特點。

技術方案：為了實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種復合材料動態剪切試驗方法，包括如下步驟：

1)將復合材料按照各個材料主方向加工成凸字型試樣；

2)將試樣安裝在霍普金森壓桿上進行動態加載，采用霍普金森壓桿對試樣進行加載，并根據實驗過程中記錄的入射應變信號ε_i(t)、反射應變信號ε_r(t)和透射應變信號ε_t(t)計算出試樣的抗剪強度、剪切應變和剪切應變率。

進一步的，步驟1)中，所述的凸字型試樣中設置有兩個剪切區域，頂部設置有凸臺，底部設置有連接區域；當測試復合材料層間剪切力學性能時，試樣內復合材料鋪層厚度方向為y軸方向；當測試復合材料面內剪切力學性能時，試樣內復合材料鋪層厚度方向與xy平面垂直；當測試復合材料面外剪切力學性能時，試樣內復合材料鋪層厚度方向與霍普金森壓桿的軸線方向平行，即x軸方向。

進一步的，剪切應力表示為：