CN111896352A - 用于测试泡沫芯材剪切性能的试样、制作方法及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测试泡沫芯材剪切性能的试样、制作方法及测试方法，其中，用于测试泡沫芯材剪切性能的试样，包括泡沫芯材本体，以及粘接固化于泡沫芯材本体上、下表面的上蒙皮层和下蒙皮层；其中，试样上对侧开设有上切口和下切口。还公开了一种测试方法，首先在上蒙皮层、泡沫芯材、下蒙皮层形成的矩形毛坯上对侧加工上切口和下切口，形成试样结构；再拉伸剪切试样，拉伸剪切破坏后，记录最大载荷Fb，通过计算公式
求得泡沫芯材的剪切应力。本发明测试过程中不易发生失稳现象，测试所得数据代表性强。本发明适用于对泡沫芯材进行剪切性能测试时使用。
Description
技术领域
本发明属于板材剪切性能测试技术领域，涉及对泡沫芯材的剪切性能测试,具体地说是一种用于测试泡沫芯材剪切性能的试样、制作方法及测试方法。
背景技术
泡沫芯材的夹层板结构具有轻质、刚度大、耐腐蚀、电磁屏蔽等特征，目前已经在航空航天领域得到广泛应用。泡沫芯材夹层板结构中的树脂基纤维面层主要承受弯曲变形引起的正应力；中间是芯材，选用泡沫等轻质材料，为结构构件提供足够的截面惯性矩和抗弯刚度，且承受剪应力。其中，泡沫芯材夹层板结构的剪切性能、压缩刚度及强度，是目前衡量泡沫芯材夹层板结构质量好坏的重要标准。
现有对泡沫芯材夹层板的压缩剪切测试方法难以获得有效的测试数据，大多数失效并不是泡沫芯材夹层板本身发生剪切破坏，而是因为泡沫芯材与面层之间的界面易发生剥离，导致泡沫芯材直接与夹具脱开，这样的测试数据是无效的，这就需要重复进行多次测试试验以便获得满足要求的有效数据，相对测试效率非常低。
另一方面，现行业内并没有一个普遍适用的试验标准，来对泡沫芯材进行有效的拉伸剪切测试，大部分都是针对泡沫芯材夹芯板压缩剪切测试所使用的夹具进行结构改进，以期在测试过程中能够减少泡沫芯材与夹具脱开的情况出现。剪切性能测试时，对泡沫芯材夹层板进行特定夹具的安装，不仅额外增加了夹具，使操作过程更加繁琐，且特定夹具的加入往往会对泡沫芯材夹层板的尺寸进行限制，难以对各种不同的泡沫芯材进行测试，不能从根本上解决问题，适用范围较小。
发明内容
为解决现有技术中存在的以上不足，本发明旨在提供一种用于测试泡沫芯材剪切性能的试样、制作方法及测试方法，以避免测试过程中失稳现象的发生，从而达到提高测试效率的目的。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种用于测试泡沫芯材剪切性能的试样，包括泡沫芯材本体，以及粘接固化于泡沫芯材本体上、下表面的上蒙皮层和下蒙皮层；其中，试样上、下表面沿试样厚度方向分别开设有上切口和下切口，上切口、下切口位于试样中心的两侧且距离试样中心的长度相同；上切口和下切口沿试样的宽度方向贯穿整个试样。
作为本发明的限定，上切口和下切口的深度均为试样整体厚度的一半，上切口和下切口的宽度均为1～2mm。
作为本发明的另一种限定，泡沫芯材本体的宽度W1为20～25mm，长度L1为120～250mm，厚度H1为2～13mm。
作为本发明的进一步限定，上蒙皮层和下蒙皮层的厚度H2均为0.5～3mm，宽度、长度均与泡沫芯材本体的宽度、长度相同。
作为本发明的其它限定，上蒙皮层和下蒙皮层由预浸纤维、玻璃钢或碳纤维复合材料中的任意一种材料构成。
本发明还公开了一种用于测试泡沫芯材剪切性能的试样的制作方法，包括按顺序依次进行的以下步骤：
S1、在泡沫芯材本体的上、下表面分别粘接固化上蒙皮层和下蒙皮层后，加工形成矩形毛坯；
S2、在矩形毛坯上表面相距矩形毛坯中心L3/2的一侧，沿矩形毛坯厚度方向加工出上切口，上切口沿矩形毛坯的宽度方向贯穿整个矩形毛坯；
S3、在矩形毛坯下表面相距矩形毛坯中心L3/2的另一侧，沿矩形毛坯厚度方向加工出下切口，下切口沿矩形毛坯的宽度方向贯穿整个矩形毛坯，形成上述的用于测试泡沫芯材剪切性能的试样；
S4、用于测试泡沫芯材剪切性能的试样在两个对侧加工的上切口、下切口之间形成一个长度为L3的剪切变形区。
作为本发明的限定，步骤S1中，泡沫芯材本体与上蒙皮层、下蒙皮层之间一同成型固化；或者上蒙皮层、下蒙皮层先单独成型，再通过胶粘剂与泡沫芯材本体粘接固化在一起。
作为本发明的另一种限定，步骤S1中，矩形毛坯宽度W为20～25mm，长度L为120～250mm，厚度H为2.5～16mm。
作为本发明的进一步限定，步骤S2中，上切口的宽度W3为1～2mm，深度T1为H/2；步骤S3中，下切口的宽度W4为1～2mm，深度T2为H/2。
本发明还公开了一种用于测试泡沫芯材剪切性能的测试方法，利用上述所公开的用于测试泡沫芯材剪切性能的试样，包括按顺序依次进行的以下步骤：
S1’、将万能试验机的板材通用拉伸夹具夹持在用于测试泡沫芯材剪切性能的试样的两端，进行拉伸剪切试样；
S2’、拉伸剪切破坏后，记录最大载荷Fb，通过计算公式
求得泡沫芯材的剪切应力τ；
其中，W为矩形毛坯的宽度；L3为试样剪切变形区长度。
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的有益效果是：
（1）本发明通过在试样的上、下表面对侧加工上切口和下切口，形成剪切变形区，进而实现对泡沫芯材夹层板的剪切性能测试。本发明所形成的试样利用万能试样机标配板材试样拉伸夹具即可进行剪切性能测试，不必增加额外的夹具，操作更加简单，且整个测试过程能够减少试样与夹具脱开的情况出现，保证了测试数据的有效性，提高了测试效率。
（2）本发明对泡沫芯材、上蒙皮层、下蒙皮层以及上切口、下切口进行的尺寸限制，使所形成的的试样代表性更强，测试所得数据能够更好的反应出泡沫芯材夹层板的剪切性能。该标准普遍适用于不同型号、不同结构的泡沫芯材夹层板，为行业内泡沫芯材夹层板试样的制作提供了一个可靠的参考依据。本发明在保证测试数据有效的前提下，进一步提高了数据的准确性。
（3）本发明所采用的测试方法，可以有效解决因泡沫芯材与面层之间界面易脱开而造成测试数据无效的问题，相对减少了测试次数，简化了测试步骤，提高了测试效率。
综上所述，本发明操作简单，测试过程中不易发生失稳现象，测试所得数据代表性强，能够很好反应出泡沫芯材夹层板的剪切性能。本发明适用于对泡沫芯材夹层板进行剪切性能测试时使用。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例1的结构关系纵剖图。
图中：1、泡沫芯材本体；2、上蒙皮层；3、下蒙皮层；4、上切口；5、下切口；6、夹具。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和理解本发明，并不用于限定本发明。
实施例1 一种用于测试泡沫芯材剪切性能的试样
本实施例所形成的试样上对侧加工有上切口4和下切口5，上切口4、下切口5之间形成剪切变形区，进行剪切性能测试时，可以减少失稳现象的发生，进而保证了测试数据的有效性。
如图1至图2所示，本实施例包括泡沫芯材本体1，以及粘接固化于泡沫芯材本体1上、下表面的上蒙皮层2和下蒙皮层3，上蒙皮层2、泡沫芯材本体1和下蒙皮层3的复合结构形成用于测试泡沫芯材剪切性能的试样。其中，试样上、下表面沿试样的厚度方向分别开设有1～2mm宽的上切口4和下切口5，上切口4和下切口5位于试样中心的两侧，且上切口4和下切口5沿试样的宽度方向贯穿整个试样。为了保证剪切性能测试过程中，试样遭到剪切破坏时整体是均衡受力的，本实施例中，上切口4和下切口5与试样中心的距离相同，具体如图2所示，且上切口4和下切口5的深度均为试样整体厚度的一半。
为了令试样的代表性更强，测试所得数据能够更好反应泡沫芯材的剪切性能，泡沫芯材本体1的宽度W1限制在20～25mm范围内，长度L1限制在120～250mm范围内，厚度H1限制在2～13mm范围内；而上蒙皮层2和下蒙皮层3的厚度H2均限制在0.5～3mm范围内，宽度、长度均与泡沫芯材本体1的宽度、长度相同。
在进行试样制作时，上蒙皮层2和下蒙皮层3可以选用预浸纤维材料或者其它复合材料（湿法工艺成型的玻璃钢、碳纤维复合材料等）。上蒙皮层2和下蒙皮层3可以与泡沫芯材本体1一同固化成型，也可以是上蒙皮层2和下蒙皮层3先单独成型，再通过胶粘剂与泡沫芯材本体1粘接在一起。
本实施例所提供的试样，泡沫芯材本体1宽度W1为25mm，长度L1为250mm，厚度H1为13mm；上蒙皮层2和下蒙皮层3的宽度W2均为25mm，长度L2均为250mm，厚度H2均为3mm；上切口4和下切口5的宽度为2mm。且本实施例中，上蒙皮层2和下蒙皮层3均采用预浸纤维材料，通过胶粘剂与泡沫芯材本体1粘接固化为一体。
实施例2-6 一种用于测试泡沫芯材剪切性能的试样
实施例2-6所形成的试样结构与实施例1所形成的的试样结构相同，不同之处在于所涉及的尺寸参数有区别，具体见表一。
实施例7 一种用于测试泡沫芯材剪切性能的试样的制作方法
本实施例是对实施例1所述的用于测试泡沫芯材剪切性能的试样的制作，它包括按顺序依次进行的以下步骤：
S1、泡沫芯材本体1的上、下表面分别粘接固化上蒙皮层2和下蒙皮层3后，加工出宽度W为20～25mm，长度L为120～250mm，厚度H为2.5～16mm的矩形毛坯。其中，泡沫芯材本体1与上蒙皮层2、下蒙皮层3之间可以一同成型固化；也可以上蒙皮层2、下蒙皮层3先单独成型，再通过胶粘剂与泡沫芯材本体1粘接固化在一起。
本实施例中，泡沫芯材本体1与上蒙皮层2、下蒙皮层3之间一同成型固化；加工所形成的矩形毛坯宽度W为25mm，长度L为250mm，厚度H为16mm。
S2、在矩形毛坯上表面相距矩形毛坯中心L3/2的一侧，沿矩形毛坯厚度方向加工出宽度W3为1～2mm，深度T1为H/2的上切口4，上切口4沿矩形毛坯的宽度方向贯穿整个矩形毛坯。本实施例中，上切口4的宽度为2mm。
S3、在矩形毛坯下表面相距矩形毛坯中心L3/2的另一侧，沿矩形毛坯厚度方向加工出宽度W4为1～2mm，深度T2为H/2的下切口5，下切口5沿矩形毛坯的宽度方向贯穿整个矩形毛坯，最终形成用于测试泡沫芯材剪切性能的试样。本实施例中，下切口5的宽度为2mm。
S4、用于测试泡沫芯材剪切性能的试样会在两个对侧加工的上切口4、下切口5之间形成了一个长度为L3的剪切变形区。
实施例8 一种用于测试泡沫芯材剪切性能的测试方法
本实施例利用实施例1所述的用于测试泡沫芯材剪切性能的试样，对泡沫芯材进行剪切性能测试，它包括按顺序依次进行的以下步骤：
首先进行试样的制作，其制作方法与实施例7所述的用于测试泡沫芯材剪切性能的试样的制作方法相同；试样制作完成后，将万能试验机的板材通用拉伸夹具6夹持在试样的两端，进行拉伸剪切试验；拉伸剪切破坏后，记录最大载荷Fb，通过计算公式
求得泡沫芯材的剪切应力τ。
其中，Fb：试样拉伸剪切破坏时最大载荷；（单位/N）
W：试样的宽度；（单位/m）
L3：试样剪切变形区的长度。（单位/m）
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于测试泡沫芯材剪切性能的试样，其特征在于：包括泡沫芯材本体，以及粘接固化于泡沫芯材本体上、下表面的上蒙皮层和下蒙皮层；其中，试样上、下表面沿试样厚度方向分别开设有上切口和下切口，上切口、下切口位于试样中心的两侧且距离试样中心的长度相同；上切口和下切口沿试样的宽度方向贯穿整个试样。
2.根据权利要求1所述的用于测试泡沫芯材剪切性能的试样，其特征在于：上切口和下切口的深度均为试样整体厚度的一半，上切口和下切口的宽度均为1～2mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于测试泡沫芯材剪切性能的试样，其特征在于：泡沫芯材本体的宽度W1为20～25mm，长度L1为120～250mm，厚度H1为2～13mm。
4.根据权利要求3所述的一种用于测试泡沫芯材剪切性能的试样，其特征在于：上蒙皮层和下蒙皮层的厚度H2均为0.5～3mm，宽度、长度均与泡沫芯材本体的宽度、长度相同。
5.根据权利要求1-2、4中任意一所述的用于测试泡沫芯材剪切性能的试样，其特征在于：上蒙皮层和下蒙皮层由预浸纤维、玻璃钢或碳纤维复合材料中的任意一种材料构成。
6.一种用于测试泡沫芯材剪切性能的试样的制作方法，其特征在于：包括按顺序依次进行的以下步骤：
S1、在泡沫芯材本体的上、下表面分别粘接固化上蒙皮层和下蒙皮层后，加工形成矩形毛坯；
S2、在矩形毛坯上表面相距矩形毛坯中心L3/2的一侧，沿矩形毛坯厚度方向加工出上切口，上切口沿矩形毛坯的宽度方向贯穿整个矩形毛坯；
S3、在矩形毛坯下表面相距矩形毛坯中心L3/2的另一侧，沿矩形毛坯厚度方向加工出下切口，下切口沿矩形毛坯的宽度方向贯穿整个矩形毛坯，形成如权利要求1-5中任意一项所述的用于测试泡沫芯材剪切性能的试样；
S4、用于测试泡沫芯材剪切性能的试样在两个对侧加工的上切口、下切口之间形成一个长度为L3的剪切变形区。
7.根据权利要求6所述的用于测试泡沫芯材剪切性能的试样的制作方法，其特征在于：步骤S1中，泡沫芯材本体与上蒙皮层、下蒙皮层之间一同成型固化；或者上蒙皮层、下蒙皮层先单独成型，再通过胶粘剂与泡沫芯材本体粘接固化在一起。
8.根据权利要求6或7所述的用于测试泡沫芯材剪切性能的试样的制作方法，其特征在于：步骤S1中，矩形毛坯宽度W为20～25mm，长度L为120～250mm，厚度H为2.5～16mm。
9.根据权利要求8所述的用于测试泡沫芯材剪切性能的试样的制作方法，其特征在于：步骤S2中，上切口的宽度W3为1～2mm，深度T1为H/2；步骤S3中，下切口的宽度W4为1～2mm，深度T2为H/2。
10.一种用于测试泡沫芯材剪切性能的测试方法，其特征在于：利用如权利要求1-5中任意一项所述的用于测试泡沫芯材剪切性能的试样，包括按顺序依次进行的以下步骤：
S1’、将万能试验机的板材通用拉伸夹具夹持在用于测试泡沫芯材剪切性能的试样的两端，进行拉伸剪切试样；
S2’、拉伸剪切破坏后，记录最大载荷Fb，通过计算公式
求得泡沫芯材的剪切应力τ；
其中，W为矩形毛坯的宽度；L3为试样剪切变形区长度。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112881128A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-01 | 航天科工防御技术研究试验中心 | 用于增材制造点阵结构材料的拉伸试样及拉伸测试方法 |
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