復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)剪切性能測試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

更新時(shí)間：2024-12-16

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夾芯板是一種由兩層金屬（或其他材料）面板和中間填充的高分子隔熱材料組成的復(fù)合板材，隨著現(xiàn)代航空航天、汽車和建筑等領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅芤蟮牟粩嗵岣撸瑠A芯板因其輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高剛度和耐腐蝕性等優(yōu)異特性而得到廣泛應(yīng)用。

各類復(fù)合材料

在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，夾芯板作為一種典型的承載結(jié)構(gòu)，其剪切性能直接影響到整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為。不同國家和地區(qū)針對(duì)夾芯板的剪切性能測試制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，其中 GB/T 1455 和 ASTM C273 是兩種常用的測試方法。對(duì)比兩種測試方法的硬件需求、測試流程及其在夾芯板剪切性能測試中的應(yīng)用對(duì)客戶非常有意義。

PART.01

樣品準(zhǔn)備與尺寸要求

SPECIMEN PREPERATION AND SIZE REQUIREMENTS

GB/T 1455

根據(jù) GB/T 1455 的規(guī)定，夾芯板樣品準(zhǔn)備較為靈活，樣品的尺寸通常要求為寬度 60mm，試樣長度大于或等于芯子厚度的 12 倍，但可根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件和夾芯板的實(shí)際厚度和長度進(jìn)行調(diào)整，標(biāo)準(zhǔn)要求夾芯板的面板材料和核心材料都應(yīng)符合規(guī)定的性能要求。

試樣形狀示意圖

ASTM C273

通常樣品的尺寸寬度不小于 50mm，且必須保證樣品的對(duì)稱性與均勻性。此外，ASTM 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)面板與核心材料的密度差異也有明確的要求，以確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

PART.02

測試裝置與施加方式

TESTING DEVICE AND APPLICATION METHOD

GB/T 1455

提供兩種夾具：一種用于拉伸剪切測試，另一種用于壓縮剪切測試。兩種夾具都配有常規(guī) 15mm 厚金屬板。任何一種夾具都可以測試包括蜂窩芯結(jié)構(gòu)和連續(xù)芯結(jié)構(gòu)（如泡沫或輕木）在內(nèi)的各種不同的夾層芯材料，并且在金屬板兩側(cè)均需安裝變形計(jì)和附件。

在測定平面剪切模量時(shí)，需要施加初載（破壞載荷的 5%）直至（破壞載荷的 20%）觀察兩側(cè)變形計(jì)讀數(shù)基本一致后，卸至初載，按照推薦的 0.5mm/min-1mm/min 加載至破壞。

拉剪試驗(yàn)裝置示意圖

ASTM C273

同樣要求使用兩種模式的夾具進(jìn)行拉伸剪切和壓縮剪切測試，但只需要在金屬板一側(cè)安裝變形計(jì)，測試僅需按照推薦的 0.5mm/min 加載至試樣破壞。

PART.03

數(shù)據(jù)處理

DATA PROCESSING

GB/T 1455

主要通過記錄樣品破壞時(shí)的載荷值來計(jì)算剪切強(qiáng)度。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了載荷與樣品破壞面之間的關(guān)系，平面剪切強(qiáng)度的計(jì)算公式也較為直接，測試人員需記錄破壞的模式。

ASTM C273

該標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算方法更為細(xì)致，需綜合考慮剪切載荷與試樣形變的關(guān)系。在芯子剪切模量的計(jì)算中，計(jì)算模量的兩點(diǎn)必須記錄下來，這樣更有利于數(shù)據(jù)對(duì)比和分析。此外，ASTM C273 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)樣品的破壞模式有詳細(xì)的描述和要求，測試人員需記錄破壞的類型與 GB/T 1455 一致，以便分析剪切失效機(jī)制。

PART.04

剪切性能測試的結(jié)果對(duì)比

COMPARISON OF TESTING RESULTS

結(jié)果一致性與可比性

由于 GB/T 1455 和 ASTM C273 在測試條件、樣品尺寸、載荷施加方式等方面的差異，導(dǎo)致兩者在測試過程中可能得到不同的剪切強(qiáng)度結(jié)果。

GB/T 1455 標(biāo)準(zhǔn)由于對(duì)樣品尺寸和測試裝置的要求較為寬松，因此可能在實(shí)際應(yīng)用中適用于更大范圍的夾芯板材料和結(jié)構(gòu)。

而 ASTM C273 標(biāo)準(zhǔn)則更為嚴(yán)格，通常得到的測試結(jié)果更為精確，但對(duì)材料的適用范圍可能有所局限。

剪切失效模式分析

在實(shí)際測試中，夾芯板的剪切破壞模式可能因標(biāo)準(zhǔn)的不同而有所差異。

GB/T 1455 標(biāo)準(zhǔn)通常觀察到的剪切失效模式為面板剝離或核心材料壓潰；而在 ASTM C273 標(biāo)準(zhǔn)下，由于測試過程中對(duì)夾芯板核心和面板的夾緊要求較高，因此可能更多地觀察到面板剝離與核心壓潰共同作用的失效模式。這些差異可能與標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)剪切力施加方式和加載速率的不同要求有關(guān)。

結(jié)論

GB/T 1455 與 ASTM C273 標(biāo)準(zhǔn)均為評(píng)估夾芯板剪切性能的有效方法，但由于其測試條件和實(shí)驗(yàn)流程的差異，導(dǎo)致了在應(yīng)用中的一定差別。

GB/T 1455 的要求更為寬松，適用于大范圍的夾芯板材料，但可能在精度和結(jié)果可比性方面略遜一些；而 ASTM C273 則在測試精度和數(shù)據(jù)處理方面較為嚴(yán)格，適用于對(duì)測試結(jié)果要求更高的場合。

選擇哪種標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)依據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求和測試精度要求來決定。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)項(xiàng)目要求選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，以確保結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性。