复合材料夹层结构剪切性能(néng)测试标准对比

更新(xīn)时间：2024-12-16

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夹芯板是一种由两层金属（或其他(tā)材料）面板和中(zhōng)间填充的高分(fēn)子隔热材料组成的复合板材，随着现代航空航天、汽車(chē)和建筑等领域对材料性能(néng)要求的不断提高，夹芯板因其轻质(zhì)、高强度、高刚度和耐腐蚀性等优异特性而得到广泛应用(yòng)。

各类复合材料

在复合材料结构中(zhōng)，夹芯板作(zuò)為(wèi)一种典型的承载结构，其剪切性能(néng)直接影响到整體(tǐ)结构的力學(xué)行為(wèi)。不同國(guó)家和地區(qū)针对夹芯板的剪切性能(néng)测试制定了相应的标准，其中(zhōng) GB/T 1455 和 ASTM C273 是两种常用(yòng)的测试方法。对比两种测试方法的硬件需求、测试流程及其在夹芯板剪切性能(néng)测试中(zhōng)的应用(yòng)对客户非常有(yǒu)意义。

PART.01

样品准备与尺寸要求

SPECIMEN PREPERATION AND SIZE REQUIREMENTS

GB/T 1455

根据 GB/T 1455 的规定，夹芯板样品准备较為(wèi)灵活，样品的尺寸通常要求為(wèi)宽度 60mm，试样長(cháng)度大于或等于芯子厚度的 12 倍，但可(kě)根据实验条件和夹芯板的实际厚度和長(cháng)度进行调整，标准要求夹芯板的面板材料和核心材料都应符合规定的性能(néng)要求。

试样形状示意图

ASTM C273

通常样品的尺寸宽度不小(xiǎo)于 50mm，且必须保证样品的对称性与均匀性。此外，ASTM 标准对面板与核心材料的密度差异也有(yǒu)明确的要求，以确保测试结果的准确性。

PART.02

测试装(zhuāng)置与施加方式

TESTING DEVICE AND APPLICATION METHOD

GB/T 1455

提供两种夹具(jù)：一种用(yòng)于拉伸剪切测试，另一种用(yòng)于压缩剪切测试。两种夹具(jù)都配有(yǒu)常规 15mm 厚金属板。任何一种夹具(jù)都可(kě)以测试包括蜂窝芯结构和连续芯结构（如泡沫或轻木(mù)）在内的各种不同的夹层芯材料，并且在金属板两侧均需安(ān)装(zhuāng)变形计和附件。

在测定平面剪切模量时，需要施加初载（破坏载荷的 5%）直至（破坏载荷的 20%）观察两侧变形计读数基本一致后，卸至初载，按照推荐的 0.5mm/min-1mm/min 加载至破坏。

拉剪试验装(zhuāng)置示意图

ASTM C273

同样要求使用(yòng)两种模式的夹具(jù)进行拉伸剪切和压缩剪切测试，但只需要在金属板一侧安(ān)装(zhuāng)变形计，测试仅需按照推荐的 0.5mm/min 加载至试样破坏。

PART.03

数据处理(lǐ)

DATA PROCESSING

GB/T 1455

主要通过记录样品破坏时的载荷值来计算剪切强度。标准规定了载荷与样品破坏面之间的关系，平面剪切强度的计算公(gōng)式也较為(wèi)直接，测试人员需记录破坏的模式。

ASTM C273

该标准的计算方法更為(wèi)细致，需综合考虑剪切载荷与试样形变的关系。在芯子剪切模量的计算中(zhōng)，计算模量的两点必须记录下来，这样更有(yǒu)利于数据对比和分(fēn)析。此外，ASTM C273 标准对样品的破坏模式有(yǒu)详细的描述和要求，测试人员需记录破坏的类型与 GB/T 1455 一致，以便分(fēn)析剪切失效机制。

PART.04

剪切性能(néng)测试的结果对比

COMPARISON OF TESTING RESULTS

结果一致性与可(kě)比性

由于 GB/T 1455 和 ASTM C273 在测试条件、样品尺寸、载荷施加方式等方面的差异，导致两者在测试过程中(zhōng)可(kě)能(néng)得到不同的剪切强度结果。

GB/T 1455 标准由于对样品尺寸和测试装(zhuāng)置的要求较為(wèi)宽松，因此可(kě)能(néng)在实际应用(yòng)中(zhōng)适用(yòng)于更大范围的夹芯板材料和结构。

而 ASTM C273 标准则更為(wèi)严格，通常得到的测试结果更為(wèi)精(jīng)确，但对材料的适用(yòng)范围可(kě)能(néng)有(yǒu)所局限。

剪切失效模式分(fēn)析

在实际测试中(zhōng)，夹芯板的剪切破坏模式可(kě)能(néng)因标准的不同而有(yǒu)所差异。

GB/T 1455 标准通常观察到的剪切失效模式為(wèi)面板剥离或核心材料压溃；而在 ASTM C273 标准下，由于测试过程中(zhōng)对夹芯板核心和面板的夹紧要求较高，因此可(kě)能(néng)更多(duō)地观察到面板剥离与核心压溃共同作(zuò)用(yòng)的失效模式。这些差异可(kě)能(néng)与标准中(zhōng)对剪切力施加方式和加载速率的不同要求有(yǒu)关。

结论

GB/T 1455 与 ASTM C273 标准均為(wèi)评估夹芯板剪切性能(néng)的有(yǒu)效方法，但由于其测试条件和实验流程的差异，导致了在应用(yòng)中(zhōng)的一定差别。

GB/T 1455 的要求更為(wèi)宽松，适用(yòng)于大范围的夹芯板材料，但可(kě)能(néng)在精(jīng)度和结果可(kě)比性方面略逊一些；而 ASTM C273 则在测试精(jīng)度和数据处理(lǐ)方面较為(wèi)严格，适用(yòng)于对测试结果要求更高的场合。

选择哪种标准应依据实际应用(yòng)需求和测试精(jīng)度要求来决定。在实际应用(yòng)中(zhōng)，工(gōng)程师可(kě)以根据项目要求选择适当的标准，以确保结构的安(ān)全性与可(kě)靠性。