环氧基玻璃纤维层合板力学性能的实验研究_蒲琪
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第17卷第4期
山东理
203年
7
月
JournalofShandong
大学学报
(自然科学版)
UnivertisyofTeohnology(sei&Tee
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文章编号
:10071857(2003)04004004
环氧基玻璃纤维层合板力学性能的实验研究蒲琪,任传波(山东理工大学建筑工程学院山东淄博255049)
摘要:采用现代光测方法对两种铺层方式的环氧基玻璃纤维层合板的力学性能进行了实验研
究实验揭示了两种铺层方式层合板的力学性能给出弹性常数的计算公式和测定方法
关键词:复合材料层合板;力学性能;现代光测方法
中图分类号:0341文献标识码:A
ExPerimentalResearchonMechanicalProPerties
forGlassFiber·ePoxyMatrixMultidirectionalLaminatesPUQiRENChuanbo(SehoolofConstrueturalEngineeringShandongUniversiryofTeehnologyZibo255049C
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Abstraet:UsingmodernoPtiealmethodeariesouttheexPerimentsfortwokindsoftheglassfibereP()x
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laminatesTheirmeehaniepropertiesofelastiemodelPoiss5rationandeurveofst比55strainaregivenTheequationsandthetestmethodsofelastieeonstantareshowedThemeehaniepropertiesrevealedfr()mthee
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Key
words:eomPosite;meehanieProPeriies:modernoPtiealmeth
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近20多年来复合材料作为一种完全新颖的工程材料在全世界范围内得到日益广泛的应用对于各向异性非均质的复合材料运用现代实验力学的光测方法研究其力学性能具有科学意义l’礴
’
本文采用现代光测力学的散斑干涉法和影像云纹法川对复合材料层合板的力学性能及其弹性常
数的测定方法进行了实验研究结果表明:散斑干涉法和影像云纹法测定复合材料层合板力学性能是可行的是一种有效的现代光测方法实验结果揭示了各向异性材料中梁的变形规律文章还推导出
了环氧基玻璃纤维层合板的工程弹性常数的计算公式为把各向同性材料工程梁的弯曲理论推广到各
向异性的复合材料梁中提供了实验依据
2实验方法与系统
散斑法是现代光测力学的一个重要分支它的特点是以非接触的方式在全息底片上记录结构物表面全场的位移信息位移导数斜率等记录散斑图的方法有主观散斑法和客观散斑法两种客观散斑
法是将全息底片固定在被测物表面的某点上激光通过底片后再射到物表面上由物表面反射的光相互干涉在底片上直接形成散斑图主观散斑法是用透镜成像底片置于物表面对应的像平面处进行散斑照相本实验采用主观散斑法其光路图如图l所示川散斑法信息提取的方法也有两种一种是
逐点分析法获得各测点的杨氏条纹另一种是全场分析法可以获得全场的等位移条纹本实验采用
收稿日期2021220
作者简介蒲琪(1951)男教授蒲琪等:环氧基玻璃纤维层合板力学性能的实验研究逐点分析法提取信息光路图如图2所示l”P今
激光
像平面
照相机散斑图屏幕
散斑照相法光路图
图2逐点分析光路图
件图试
弓
两组互相重叠的栅线在光的干涉下将产生明暗相间的云纹图案将这种现象用于变形物体
的位移
和应变测量是一种现代力学研究的方法一块基准栅将其栅线投影或反射到试件表面利用基准栅及其在试件表面上的投影云纹图案来测量物体的非平面状态尺寸和位移图案的条纹线代表物体的离面位移
常用的影像云纹法就其光路布置的特点来说有四种不同的光路和与之相应的计算方法本文
采用了光路简单计算简便的平行光照射平行光观察的实验光路如图3所示川图中照射角小
=0o
观察角下二30该光路的离面位移即实验量测的悬臂梁的挠度计算公式为功(x)=NP八g下(l)
式中N为测点的绝对云纹基数;P为参考光栅‘的栅线距尸
=0smm.
2实验过程与结果
散斑法的试件为待测定的环氧基玻璃纤维层合板的铺层方式为[0o/+450/一45/+45/一45/901和「0几/90/0气/+450/一450/901利用图1所示光路拍摄双曝光散斑图再利用图2所示的光路对
厄d二:二二下
似Q
式中d为试件表面测点的位移方向与杨氏条纹垂直(林m);d为杨氏条纹间距(mm);(06328林m);L为散斑图至屏幕间距离(mm);M为记录散斑图时像的放大倍数!(2)人为激光波长
叹000目d昌、b
飞6!食l2气:,4
78今9吝图4测点位里1000015000e(朴召)
图3影像云纹法光路图再利用下式即可计算出各测点的u和。u=deosa砂二dsina
5000圈5应力应变曲线
式中“为试件表面测点与加载方向垂直方向(:)的位移(卜m);:
移(林m);a为杨氏条纹方向与x轴的夹角
(3)为试件表面测点在加载方向(妇的位
对于E和户的测试:测出散斑图上9个测点的位移值(u和v)测点位置如图4所示再分别计算山东理工大学学报
2003仃
出各测点间的位移差除以相应的间距即可得到6个纵向应变值么昌和6个横向应变值八e取平均值
可得入已五乙再利用如下关系便可分别计算出E和拜
E=连乒
A△瓦(4
)
e一召
一△
一拜
实验结果见表1对于。e曲线的测定:沿散斑图的
中心线等间距测定4点位移值(v)计算出4点间的位移差△:再除以间距即得到相应的△称值最后取平均值得
表1实验结果
铺层方式载荷方向
E/MP拼
[00/+45/450/+450八450/900100167}o/+450八450/+45八450/900190017810飞/+900/00/+450/450/900]00321【00/+900/00/+450八450/9001900178033
031016030
△价以每一载荷段△p的最大值做为该点的载荷计算其应力值它所对应的应变值则为该点前所有
入二,的累积值这样即可找出各测点的(。入二)对应值由此则可绘制出应力应变曲线如图5所示
云纹法研究的试件材料为环氧基玻璃纤维〔o飞/90/002/90]和10/45/45/4545/90]的两种
层合板为了与各向同性材料的力学性能进行对比研究还选用了有机玻璃试件是矩形截面的悬臂梁如图6所示
实验采用分级加载每级载荷所对应的云纹图均
用照相机拍摄记录下来如图7(a)为4N和6N载荷时【0飞/90/0飞/90」铺层的云纹图图7(b)为3N和4N
载荷时铺层[00/45/45/4545/900]的
云纹图图
7(C)为0ZN和03N载荷时有机玻璃的云纹
图
l}
b
l=150mm石=26mm五=2lmm图6悬臂梁试件
图7(a)100/900/00/,00]云纹图图7(b)[00/450/一450/450一450/900]纹图图7(c)有机玻瑞云纹圈根据每级载荷下记录的云纹图和有关的实验数据整理绘出了[0、/900/02/90」和[0/45/450/
450-45/90]两种铺层的层合板及有机玻璃悬臂梁的载荷与挠度变化曲线P(N)m(x)
挠度与几何尺
寸的无量纲曲线w(x)/w(N)x/1分别如图8(a)和图8(h)所
示
图8(a)和8(b)中#表示[002/900/0飞/900]材料;x表示[00/45/45/4545/900]材料;表示有机玻璃图s(b)中一表示有机玻璃曲线表示[020/900/020/900]材料曲线x表示【00/450/450/450
450/90〕材料曲线
曰曰口日曰口口门冈曰口
口曰口口曰口门冈口门口
口口口口门口冈口口口口
口口口口口口口口口口口
口口口门口口]门口口口
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口口口团口口口压尹阳口
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