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【内部资料】复合材料测试技术第二讲——复合材料结构对力学性能的要求

日期：2017-02-16 14:46:05　标签：　来源：

今天为大家介绍 “复合材料结构对力学性能的要求”，欢迎各位高手收藏本文或扫描文末二维码，关注我们的微信公众号“美特斯中国”进行互动切磋~

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复合材料力学试验分类

对材料的试验简单来说包括物理性能、化学性能、力学性能等，通过实验获取以上性能数据，可确保产品质量，对材料和产品的性能提供数据支撑。

上图为复合材料结构的积木式验证方法。其中最底部的试样级试验包括：（1）确定材料许用值所需的试验，（2）确定结构设计许用值中含一般结构特征的元件级试验；它们构成了复合材料数据库的基本数据。

按试验件/结构复杂性分类

1
组分试验

对纤维、基体性能进行评价。例如，密度，拉伸强度与拉伸模量。

2
单层级试验—— 选材、材料许用值等

对纤维和树脂共同的性能进行评价。关键的性能包括物理性能、力学性能：单层（单向板）的拉伸、压缩以剪切强度与模量。

3
层压板级试验

对给定层压板的性能进行表征。关键的性能包括拉伸、压缩、剪切强度与模量，层间断裂韧性以及疲劳阻抗。

4
结构元件试验—— 结构设计许用值

评价材料容许常见层压板中不连续性的能力。关键的性能包括开孔与充填孔拉伸/压缩强度、冲击后压缩强度以及连接的挤压强度与挤压旁路强度。

5
组合件（或部件、全尺寸）试验：

评价复杂性逐渐增大的结构组合的行为与破坏模式。

按数据应用分类

1
材料选择试验（选材试验）

对结构完整性最为关键的环境条件和载荷条件下对材料体系进行初步评价，选择有可能用于应用对象的材料体系。

2
材料取证试验

证明给定的材料/工艺满足材料规范要求的能力，目标是定量地评定关键材料性能的变异性，以建立材料许用值。

3
材料验收试验

通过周期性地对材料产品进行采样并评价关键的材料性能，以检验材料的符合性。

4
材料等同性试验

评价：同一材料新数据集与现有数据库的等同性、替代材料与原有材料的等同性。

5
结构证实试验

评定给定结构满足具体应用要求，即满足结构完整性要求的能力。结构设计许用值是基于材料许用值，并考虑到应用对象的结构完整性要求得到的。建立设计许用值是结构证实试验的一部分。

预浸料类材料选择试验——使用环境

高温环境：一般试验中的最高试验温度为70℃ （选材时可以考虑到82℃; 其他用途结构（如发动机结构）考虑最高使用温度）
低温环境：最低服役温度-55℃（其他用途结构（如发动机结构）考虑最低使用温度）
湿态环境：平衡吸湿对复合材料结构的影响（ASTM D 5229方法、HB 7401-96方法、FAA方法）
CTD：- 55°C/干态
RTD：室温干态
ETD：70℃ /干态、82℃ /干态
ETW：70℃ /湿态、82℃ /湿态

预浸料类材料选择试验——试验矩阵

预浸料类材料选择试验——液体敏感性

类别I为有可能储存或与材料长期接触的液体，包括发动机燃油、液压油、冷却液、发动机润滑油等；
 类别II为涂上后擦去（或蒸发）或与材料短时接触的液体，包括清洁液、洗涤液、除冰剂等。

预浸料类材料选择试验——高温暴露/热循环（热冲击）

由于发动机结构要在长时间高温、高低温交变等环境下工作，因此，需要选材时要考虑候选材料经过长时间的温度暴露及高低温循环试验后，其关键力学性能是否满足发动机结构的使用要求：
 高温暴露/热氧化（TOS）试验：在给定的温度（高于结构可能承受的最高使用温度，但低于Tg）下进行1000小时试验，并分阶段测量材料的质量损失，以给出材料的氧化速度；
 热循环（热冲击试验）：从最低温度-55℃到给定的高温条件（与高温暴露试验温度相同）至少进行500次循环，确定材料是否开裂；
 TOS和热循环试验结束后，进行关键力学性能试验。试验项目包括： 1）0°拉伸 2）开孔压缩 3）面内剪切 4）CAI

夹层结构类材料选择试验——试验矩阵