Способ испытания плоских образцов слоистых материалов
Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам испытания образцов слоистых композиционных материалов на прочность, и может быть использовано для моделирования эксплуатационного нагружения силовых обшивок крупногабаритных объектов. Используется для испытания плоских образцов слоистых материалов, склонных к кромочному, расслоению . Изобретение позволяет получать на узких образцах достоверные механические характеристики исследуемого материала . Для этого применяется дискретная фиксация свободных кромок образца, полностью устраняется краевой эффект и сохраняетсяневозмущенное напряженно-деформированное состояние образца. 3 ил., 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУ6ЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ р с 2 (21) 4916181/28 (22) 04.03.91 (46) 23.04,93. Бюл. М 15 (71) Луганский машиностроительный институт (72) Г.Е,Фрегер, В.А.Локшин и В.Ю.Марголин (56) R.M. Jones FreeEdge Reinforcemunt Concepts for ComposIte Lamlnates FIRST USSR-US SYMP0SIUV ON MECHANICS OF COMPOSIiTE MATERIALS 23-26 Мау 1989, RI GA, LATYIANSSR. (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ ПЛОСКИХ ОБРАЗЦОВ СЛОИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам испыо Изобретение относится к испытательной технике, в частности к способам испытания образцов слоистых композиционных материалов на прочность, и может быть использовано для моделирования эксплуатационного нагружения силовых обшивок крупногабаритных объектов. При исследовании на относительно узком образце механических характеристик композиционного материала значительное влияние оказывает раннее расслоение образцов, которое обычно начинается на кромках, и называется кромочным эффектом. Цель изобретения — моделирование напряженно-деформированного состояния, возникающего при эксплуатационном нагружении силовых обшивок крупногабарит.ных объектов. „„Я „„1810783 А1 тания образцов слоистых композиционных материалов на прочность, и может быть использовано для моделирования эксплуатационного нагружения силовых обшивок крупногабаритных объектов. Используется для испытания плоских образцов слоистых материалов, склонных к кромочному расслоению. Изобретение позволяет получать на узких образцах достоверные механические характеристики исследуемого материала. Для этого применяется дискретная фиксация свободных кромок образца, полностью устраняется краевой эффект и со-храняется невозмущенное напряженно-деформированное состояние образца. 3 ил., 2 табл. Благодаря дискретной фиксации кро. мок, напряженно-деформированное состояние (НДС) образца приближается к НДС .00 обшивок крупногабаритных объектов. В процессе нагружения, разрушение образца С) начинается не на кромках, т.к. они поджаты. С другой стороны; предлагаемый способ по- р зволяет кромкам деформироваться в осевом направлении заодно с телом образца. На фиг. 1 дан общий вид оснастки для осуществления способа; на фиг. 2 — сечение по А — А; на фиг. 3 — сечение по  — В. Оценить геометрические характеристики оснастки для реализации данного способа позволяет достаточно грубое приближение. Зафиксированную кромку можно представить в виде многопролетной балки, нагруженной распределенной нагрузкой и опертой на шарнирные опоры. В 1810783 этом случае в качестве распределенной нагрузки выступает межслоевое нормальное напряжение о, по толщине пакета. Шаг закрепления! можно определить из условия предельной поперечной деформации кромки F., которая эквивалентна прогибу моделирующей балки 7 ах. Ширину губок бандажа Л можно определить из условия предельных контактных напряжений П . На фиг. 3 представлено поперечное сечение слоистого образца. Заштрихованный участок сечения моделируется эквивалентным сечением балки с моментом инерции Jy и модулем упругости Ех, определяемым по правилу смесей. Используя уравнение трех моментов можно определить зависимость длины пролета!от механических характеристик материала и нагрузки „з 1= 32 Ещах х z где îz = П вЂ” прочность связующего .е»= - »я — (h =.н) аН Ширина губок образца + z Hz В (ГОСТ 25601-80) показано, что кромочный эффект локализован на расстоянии 2Н от кромок, поэтому размер а целесообразно принимать а = Н вЂ” 2Н. В табл. 1 приведены результаты расчета для различных материалов (Н = 1 мм, e z). Данный способ испытаний был использован с помощью приспособления, общий вид которого представлен на фиг, 1. Оно состоит из образца 2, нескольких зажимов 1, каждый из которых фиксирует участок кромки образца с помощью болта 3. Зажимы могут перемещаться вдоль направляющей 4. Испытания проводились на углепластике (-30/90)s, имеющем склонность к расслоению. Исследовались прочность (< и эффективный модуль упругости Ех. Для моделирования бесконечно широкой полосы были изготовлены трубчатые образцы, методика испытаний которых известна. Их характеристики являлись базовыми для остальных образцов. В соответствии были отформованны плоские модельные плиты Ех Н ! = 32 Zmax +z где оz = П + — межслоевое нормальное напряжение образца; П вЂ” предельное контактное напряжение образца; размером 100 200 мм. Часть плит разрезали специальным режущим инструментом на образцы-полоски шириной 20 мм (ГОСТ 25602-80). Испытания выполнялись при постоянной скорости нагружения V =- 1 мм/мин, Продольная деформация F, > измерялась навесным электромеханическим тензометром, Узкие образцы испытывались: без фиксации кромки; с наклеенными бандажами, из органопластика, с помощью приспособ. ления (см. фиг, 1-3). Схема армирования сплошного бандажа выбиралась из условия соответствия его свойств расчетным свойствам испытуемых образцов, При этом имелась возможность обеспечить соответствие либо прочностных, либо упругих характеристик. В табл. 2 приведены результаты испы20 таний, в скобках указаны данные для бандажей, выбранных по упругим свойствам. Из представленных данных следует, что для композиционных материалов кромочный эффект наблюдается даже при достаточно большой ширине испытуемых образцов, (см. столбцы N 2 и N 3). Сплошная фиксация кромок узкого образца приводит к искажению НДС, так: при использовании бандажа, подобранного по прочностным свойствам существенно изменяется эффективный модуль упругости ( д Ex = 8%); а при подборе бандажа по упругим свойствам изменяется прочность ( д ox = 16%3. Дискретная же фиксация кромок наиболее точно моделирует полосу бесконечной ширины. Формула изобретения Способ испытания плоских образцов слоистых материалов, по которому фиксиру40 ют кромки испытуемого образца материала по толщине и прикладывают к нему испытательную нагрузку, отличающийся тем, a что, с целью моделирования напряженнодеформированного состояния, возникаю45 щего при эксплуатационном нагружении силовых обшивок крупногабаритных объектов, фиксацию кромок по толщине выполняют дискретно с шагом I, определяемым по формуле 1810783 Таблица 1 Та блица 2 Е1 й1 Ex = — — модуль упругости мотеН риала образца: Н =,>, hi — полутолщина образца; Z < — величина прогиба балки, моделирующей кромку испытуемого образца. 1810783 Фиг 2 О- д юодерюум9 Составитель В.Носенко Техред М,Моргентал Редактор Корректор Н.Король Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1441 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
