编辑推荐
适读人群 :国防和国民经济各领域复合材料研制和应用单位相关管理、研发和试验操作人员 《复合材料工程技术指导丛书:先进复合材料力学性能测试标准图解》由中国复合材料学会组织编写,以先进树脂基复合材料力学性能测试技术为主要对象,参照美国材料实验协会(AmericanSocietyofTestingMaterials,ASTM)相关复合材料力学性能测试标准,运用大量图片阐述了先进树脂基复合材料及其力学性能测试技术,介绍了纤维丝束力学性能、复合材料层板基本力学性能、复合材料层板开孔和连接结构力学性能、复合材料层板抗损伤和抗疲劳性能等,最为常见的标准测试操作方法。该书是参照国外相关复合材料测试图书模式,四色印刷,以图片的形式说明具体问题,直观、明了,实际参考性强。
内容简介
《复合材料工程技术指导丛书:先进复合材料力学性能测试标准图解》在标准化试验方法的基础之上进行了细化,采用大量实际试验过程中的图像资料,阐述了依据标准试验方法评价材料力学性能过程中的被测试样、仪器设备、环境条件和操作步骤。本书各试验方法均具有一定的独立性,应用过程中可以根据实际情况有针对性地进行选择。本书图文并茂,浅显易懂,实用性强。本书既适合初学者作为速成教材,也适用于测试试验室操作人员作为作业指导书使用。
内页插图
目录
第1章
先进树脂基复合材料及其力学性能测试
1.1 先进树脂基复合材料1
1.2 增强纤维2
1.3 基体树脂4
1.4 预浸料5
1.5 层合板7
1.6 积木式材料性能评价试验组织方法8
1.7 标准化力学试验方法9
第2章
碳纤维丝束的拉伸强刚度特性试验测试方法
2.1 概述12
2.1.1 试验方法简述12
2.1.2 试验方法的意义和用途13
2.1.3 适用范围13
2.1.4 执行标准13
2.1.5 标准发展过程及类同试验标准13
2.1.6 标准要点14
2.2 仪器设备15
2.2.1 自动化树脂浸胶装置15
2.2.2 引伸计19
2.2.3 力学试验机20
2.3 试验前的准备20
2.3.1 浸胶前后纤维束单位长度质量、纤维束密度20
2.3.2 拉伸试样加强片粘贴20
2.3.2 取样数量22
2.3.3 试验环境控制22
2.3.4 试样标号23
2.4 试验过程23
2.5 数据处理与报告26
2.5.1 单位长度质量26
2.5.2 密度26
2.5.3 拉伸试验27
第3章
树脂基复合材料拉伸强度特性及泊松比试验测试方法
3.1 概述28
3.1.1 试验方法简述28
3.1.2 试验方法的意义和用途28
3.1.3 适用范围28
3.1.4 执行标准29
3.1.5 标准发展过程及类同试验标准29
3.1.6 标准要点29
3.2 仪器设备30
3.2.1 游标卡尺30
3.2.2 应变片31
3.2.3 引伸计31
3.2.4 力学试验机31
3.3 试验前准备32
3.3.1 试样和加强片几何形状32
3.3.2 试验环境控制32
3.3.3 试样尺寸测量34
3.4 试验过程35
3.5 数据处理与报告38
3.5.1 拉伸应力和强度38
3.5.2 拉伸模量38
3.5.3 拉伸泊松比39
3.5.4 数据统计40
第4章
采用联合加载方法评价树脂基复合材料压缩强度特性
4.1 概述41
4.1.1 试验方法简述41
4.1.2 试验方法的意义和用途41
4.1.3 适用范围42
4.1.4 执行标准42
4.1.5 标准发展过程及类同试验标准42
4.1.6 标准要点43
4.2 仪器设备43
4.2.1 游标卡尺43
4.2.2 应变片43
4.2.3 引伸计44
4.2.4 力学试验机44
4.3 试验前准备44
4.3.1 试样几何形状44
4.3.2 取样数量44
4.3.3 试验环境控制44
4.3.4 试样尺寸测量45
4.3.5 试样装夹46
4.4 试验过程51
4.5 数据处理与报告54
4.5.1 压缩应力和强度54
4.5.2 压缩模量54
4.5.3 压缩泊松比55
4.5.4 数据统计56
第5章
树脂基复合材料弯曲性能的试验评价
5.1 概述57
5.1.1 试验方法简述57
5.1.2 试验方法的意义和用途57
5.1.3 适用范围58
5.1.4 执行标准58
5.1.5 标准发展过程及类同试验标准58
5.1.6 标准要点58
5.2 仪器设备59
5.2.1 游标卡尺59
5.2.2 挠度计59
5.2.3 力学试验机59
5.3 试验前准备60
5.3.1 试样几何形状60
5.3.2 取样数量60
5.3.3 试验环境控制60
5.3.4 试样编号与尺寸测量61
5.4 试验过程61
5.5 数据处理与报告65
5.5.1 最大弯曲应力65
5.5.2 弯曲强度65
5.5.3 最大应变65
5.5.4 弯曲模量66
5.5.5 数据统计66
第6章
树脂基复合材料的短梁强度测试方法
6.1 概述68
6.1.1 试验方法简述68
6.1.2 试验方法的意义和用途68
6.1.3 适用范围69
6.1.4 执行标准69
6.1.5 标准发展过程及类同试验标准69
6.1.6 标准要点69
6.2 仪器设备69
6.2.1 游标卡尺69
6.2.2 力学试验机70
6.3 试验前准备70
6.3.1 试样几何形状71
6.3.2 取样数量71
6.3.3 试验环境控制71
6.3.4 试样编号与尺寸测量72
6.4 试验过程72
6.5 数据处理与报告74
6.5.1 短梁强度74
6.5.2 数据统计75
第7章
利用±45°层压板拉伸试验方法评定树脂基复合材料面内剪切特性
7.1 概述76
7.1.1 试验方法简述76
7.1.2 试验方法的意义和用途76
7.1.3 适用范围77
7.1.4 执行标准77
7.1.5 标准发展过程及类同试验标准77
7.1.6 标准要点78
7.2 仪器设备78
7.2.1 游标卡尺78
7.2.2 应变片79
7.2.3 引伸计79
7.2.4 力学试验机79
7.3 试验前准备79
7.3.1 试样几何形状79
7.3.2 取样80
7.3.3 试验环境控制80
7.3.4 试样标号与尺寸测量81
7.4 试验过程81
7.5 数据处理与报告84
7.5.1 最大剪应力/剪应力84
7.5.2 剪应变/最大剪应变85
7.5.3 剪切模量85
7.5.4 偏移剪切强度86
7.5.5 数据统计86
第8章
树脂基复合材料层压板开孔拉伸特性的试验评定方法
8.1 概述88
8.1.1 试验方法简述88
8.1.2 试验方法的意义和用途88
8.1.3 适用范围89
8.1.4 执行标准89
8.1.5 标准发展过程及类同试验标准89
8.1.6 标准要点89
8.2 仪器设备90
8.2.1 游标卡尺90
8.2.2 应变片90
8.2.3 引伸计90
8.2.4 力学试验机90
8.3 试验前准备91
8.3.1 试样几何形状91
8.3.2 取样91
8.3.3 试验环境控制92
8.3.4 试样标号与尺寸测量92
8.4 试验过程94
8.5 数据处理与报告97
8.5.1 拉伸强度97
8.5.2 数据统计97
第9章
树脂基复合材料层压板开孔压缩特性的试验评定方法
9.1 概述99
9.1.1 试验方法简述99
9.1.2 试验方法的意义和用途99
9.1.3 适用范围100
9.1.4 执行标准100
9.1.5 标准发展过程及类同试验标准100
9.1.6 标准要点100
9.2 仪器设备101
9.2.1 游标卡尺101
9.2.2 引伸计101
9.2.3 力学试验机101
9.3 试验前准备102
9.3.1 试样几何形状102
9.3.2 取样数量102
9.3.3 试验环境控制103
9.3.4 试样标号与尺寸测量104
9.3.5 试样装夹104
9.4 试验过程107
9.5 数据处理与报告110
9.5.1 压缩强度110
9.5.2 数据统计110
第10章
复合材料层压板螺栓连接单剪挤压特性的试验测定
10.1 概述112
10.1.1 试验方法简述112
10.1.2 试验方法的意义和用途113
10.1.3 适用范围114
10.1.4 执行标准114
10.1.5 标准发展过程及类同试验标准114
10.1.6 标准要点115
10.2 仪器设备115
10.2.1 游标卡尺115
10.2.2 引伸计116
10.2.3 力学试验机116
10.3 试验前准备116
10.3.1 试样几何形状116
10.3.2 取样数量118
10.3.3 试验环境控制118
10.3.4 试样标号与尺寸测量118
10.3.5 试样装夹119
10.4 试验过程120
10.5 数据处理与报告124
10.5.1 挤压应力/强度124
10.5.2 挤压应变124
10.5.3 挤压弦向刚度124
10.5.4 有效原点的确定125
10.5.5 极限挤压应变125
10.5.6 偏移挤压应变125
10.5.7 初始峰值挤压强度125
10.5.8 数据统计125
第11章
复合材料层压板抗冲击损伤能力的落锤冲击试验评定方法
11.1 概述127
11.1.1 试验方法简述127
11.1.2 试验方法的意义和用途127
11.1.3 适用范围128
11.1.4 执行标准129
11.1.5 标准发展过程及类同试验标准129
11.1.6 标准要点130
11.2 仪器设备131
11.2.1 游标卡尺131
11.2.2 深度计131
11.2.3 支持夹具131
11.2.4 冲击头132
11.2.5 导向机构132
11.2.6 冲击装置132
11.3 试验前准备132
11.3.1 试样铺层顺序132
11.3.2 试样几何形状与公差133
11.3.3 取样数量134
11.3.4 试验环境控制134
11.3.5 试样标号与尺寸测量135
11.4 试验过程136
11.5 数据处理与报告140
11.5.1 冲击速度140
11.5.2 测量的冲击能量140
11.5.3 速度-时间140
11.5.4 冲击头位移-时间140
11.5.5 吸收的能量-时间141
11.5.6 数据统计141
第12章
冲击损伤后复合材料层压板剩余压缩强度的评定方法
12.1 概述142
12.1.1 试验方法简述142
12.1.2 试验方法的意义和用途142
12.1.3 适用范围143
12.1.4 执行标准144
12.1.5 标准发展过程及类同试验标准144
12.1.6 标准要点144
12.2 仪器设备145
12.2.1 游标卡尺145
12.2.2 支持夹具146
12.2.3 试验机150
12.3 试验前准备150
12.4 试验过程150
12.5 数据处理与报告157
12.5.1 强度157
12.5.2 有效模量157
12.5.3 数据统计158
第13章
采用拉-拉疲劳试验方法评价树脂基复合材料抗疲劳特性
13.1 概述159
13.1.1 试验方法简述159
13.1.2 试验方法的意义和用途160
13.1.3 适用范围160
13.1.4 执行标准160
13.1.5 标准发展过程及类同试验标准160
13.1.6 标准要点161
13.2 仪器设备161
13.2.1 游标卡尺161
13.2.2 疲劳试验机162
13.3 试验前准备162
13.3.1 试样几何形状162
13.3.2 取样数量163
13.3.3 试验环境控制164
13.3.4 试样标号与尺寸测量(可参考ASTM D 3039/D 3039M-08)164
13.4 试验过程165
13.5 数据处理与报告166
第14章
夹层蜂窝板夹芯与面板粘接性能的滚筒剥离试验评价方法
14.1 概述167
14.1.1 试验方法简述167
14.1.2 试验方法的意义和用途167
14.1.3 适用范围168
14.1.4 执行标准168
14.1.5 标准发展过程及类同试验标准168
14.1.6 标准要点168
14.2 仪器设备169
14.2.1 游标卡尺169
14.2.2 剥离装置169
14.2.3 力学试验机170
14.3 试验前准备170
14.3.1 试样几何形状170
14.3.2 取样数量170
14.3.3 试验环境控制171
14.3.4 试样标号与尺寸测量171
14.3.5 试样装夹172
14.4 试验过程174
14.5 数据处理与报告176
第15章
夹层结构面板性能的长梁弯曲试验方法
15.1 概述177
15.1.1 试验方法简述177
15.1.2 试验方法的意义和用途177
15.1.3 适用范围178
15.1.4 执行标准178
15.1.5 标准发展过程及类同试验标准178
15.1.6 标准要点178
15.2 仪器设备180
15.2.1 游标卡尺180
15.2.2 挠度计180
15.2.3 加载卡具180
15.2.4 力学试验机180
15.3 试验前准备181
15.3.1 试样几何形状181
15.3.2 取样数量181
15.3.3 试验环境控制181
15.3.4 试样标号与尺寸测量181
15.4 试验过程182
15.5 数据处理与报告187
15.5.1 力-位移行为187
15.5.2 面板最大力187
15.5.3 有效面板弦线模量188
15.5.4 夹层结构弯曲刚度188
15.5.5 数据统计189
附录一
应变片粘贴方法
附录二
符号、缩写及单位制
附录三
夹具设计技术的全球及中国专利分析
参考文献231
前言/序言
复合材料是一种高比强度、高比模量、耐腐蚀、抗疲劳的新型材料,近年来其应用从最早的航空航天领域已经逐渐拓展到国民经济各个行业,发挥的作用也越来越重要。对复合材料力学性能的科学评价是其获得应用的基本前提,然而新兴材料力学性能的测试方法与传统金属材料有着显著的区别。为了普及复合材料力学性能测试技术,作者受中国复合材料学会委托编写了本书,作为复合材料性能测试从业人员的培训教材。本书以先进树脂基复合材料力学性能测试技术为主要对象,参照美国材料实验协会(AmericanSocietyofTestingMaterials,ASTM)相关复合材料力学性能测试标准,概述了先进树脂基复合材料及其力学性能测试技术,介绍了纤维丝束力学性能、复合材料层板基本力学性能、复合材料层板开孔和连接结构力学性能、复合材料层板抗损伤和抗疲劳性能等,以及最为常见的标准测试操作方法。本书最后两章还给出了夹层板这种特殊复合材料结构典型力学性能的测试方法。
在附录中,本书针对国内外复合材料力学试验夹具技术发展及其专利情况进行了论述,供读者参考。本书采用图文并茂的方式,在标准化试验方法的基础之上进行了细化,采用了大量实际试验过程中的图像资料,阐述了依据标准试验方法评价材料力学性能过程中的被测试样、仪器设备、环境条件和操作步骤,浅显易懂,既适合初学者作为速成教材,也适用于试验室操作人员作为作业指导书使用。本书各试验方法均具有一定的独立性,应用过程中可以根据实际情况有针对性地进行选择。本书由白光辉任主编,张沫、郭悦任副主编,其中第1~15章由白光辉编写,附录一至三由张沫、郭悦编写,参与本书编写的还有蒙邦克、甘民可、黎增山、祁国成等。由于国内外尚同类教材可供参考,限于作者水平,书中不妥之处,恳请专家和读者多加批评指正,以便我们进行修改、补充和不断完善。特别感谢:北京博简复才技术咨询有限公司力学试验室利用其齐全的设备、技术和技术人员对本书编制过程的大力支持。
编者2015年6月
复合材料工程技术指导丛书:先进复合材料力学性能测试标准图解 本书简介 概述与定位 《复合材料工程技术指导丛书:先进复合材料力学性能测试标准图解》是一本专注于现代复合材料领域关键技术环节——力学性能测试的专业参考手册。本丛书旨在为复合材料的研究人员、工程师、技术人员以及质量控制专家提供一套系统化、图文并茂的测试指南,确保测试过程的标准化、准确性和可重复性。 在航空航天、汽车制造、风能、土木工程等高新技术领域,复合材料因其高比强度、高比模量和优异的耐疲劳特性而扮演着日益重要的角色。然而,这些材料的性能表现高度依赖于其微观结构、制造工艺以及荷载条件。因此,建立一套科学、严谨的力学性能测试方法,是评估材料性能、指导设计选型和进行质量控制的基础。 本书并非一本理论教科书,而是聚焦于“如何做”的实用技术手册。它严格遵循国际(如ASTM、ISO)和国内(如GB/T)现行的权威标准,通过大量的工程图示、流程图和关键操作细节的放大图,将抽象的测试规范转化为清晰、可操作的实践步骤。 核心内容与结构 本书内容按照复合材料力学性能测试的常见维度进行系统划分,涵盖了从材料准备到数据分析的完整流程。 第一部分:基础与准备 复合材料基础知识回顾(测试相关视角): 简要介绍层合板、纤维增强材料的典型结构(如CFRP, GFRP, 芳纶),并强调其各向异性对测试方法选择的约束。 试样制备技术详解: 详细阐述了铺层、固化、裁切过程中的关键质量控制点。重点图解了如何避免因加工引起的孔隙率增加、纤维损伤或残余应力集中,这对后续测试结果的有效性至关重要。包括精密切割机的操作规范、铣削与钻孔的注意事项。 夹具与加载系统的选择与校准: 详尽对比分析了不同测试(拉伸、压缩、剪切)所需夹具的类型(如楔形夹具、自锁式夹具等),并图示了如何正确安装试样以保证应力均匀分布,避免“夹持失效”现象。 第二部分:静态力学性能测试标准图解 本部分是全书的核心,对一系列关键力学性能测试进行了逐一的图解说明。 拉伸性能测试(轴向与横向): 详细展示了ASTM D3039/D3039M标准下平板试样(Coupon)的几何尺寸规范。 图解如何安装应变片(Strain Gauges)及其布线方式,以区分材料的线性和非线性响应。 重点解析了在不同应变速率下的加载曲线解读,以及模量(E)和极限强度的确定方法。 压缩性能测试: 对比分析了“短梁法”(Short-Beam Compression)与“两端压测试法”(End-Loading Compression)的适用场景和操作流程。 详细图解了抗压试样在加载过程中可能发生的屈曲(Buckling)现象及其判断标准。 剪切性能测试: 深入图解了三种主流剪切测试方法的实施细节:±45°拉伸测试(Iosipescu法)、Vee-Notch梁剪切法(V-Notch Beam Shear)和双剪切法(Double Lap Shear)。 特别强调了Vee-Notch试样制备中缺口角度和深度的精度控制。 弯曲性能测试: 聚焦于三点和四点弯曲测试,图解了载荷点与支撑点间距(L/d比)对测试结果的影响,并提供了不同厚度层合板的推荐跨距设置。 第三部分:动态与特殊性能测试 为应对现代工程对服役环境的模拟需求,本书还收录了部分重要的动态和特殊性能测试。 疲劳性能测试(S-N曲线建立): 详细说明了循环加载的波形选择(正弦波、三角波)、应力比(R值)的设定,以及疲劳断裂面分析的初步指南。 冲击韧性测试(Charpy/Izod对比): 图解了复合材料专用摆锤冲击试验机的设置,并强调了冲击能量吸收的计算方法,尤其是在考虑材料脆性或韧性时对能量读数的修正。 层间剪切强度测试(ILSS): 集中展示了短梁剪切测试的规范操作,这是评估树脂基体和纤维界面结合强度的最常用方法。 第四部分:数据处理与结果报告 应力-应变曲线的特征分析: 识别复合材料中常见的屈服、非线性、分层和纤维断裂的特征点。 报告规范: 严格按照标准要求,指导用户如何完整、准确地记录测试条件、环境参数、夹具信息和最终的计算结果,确保测试报告在行业内具有可溯源性。 本书的特色 本书最大的特色在于其极强的可视化和操作指导性。通过上千张精确绘制的工程图和流程图,读者可以直观地理解标准条款背后的物理意义和操作要求,显著降低了初学者在执行复杂测试时的出错率,并帮助有经验的工程师快速核对和优化现有测试流程,是复合材料实验室的必备工具书。