一种二维机织物增强复合材料剪切模量测量方法

本发明涉及织物增强复合材料力学性能表征，特别是涉及一种二维机织物增强复合材料剪切模量测量方法。

背景技术：

1、在利用二维机织物预浸料或液体成型工艺生产复合材料部件时，机织物增强复合材料在保证力学性能的同时具有明显的成本优势。在实际的工程应用中，二维机织物增强复合材料部件以多向铺放层合板结构出现，准确地表征二维机织物增强复合材料本身的性能是层合板设计之前的重要基础。

2、完整获取二维机织物增强复合材料的剪切模量时，根据现有方法需进行剪切试验。可行的剪切试验方法所采用的夹具和试验件外形复杂、操作繁琐。如果通过简单的单轴拉伸试验能够测量二维机织物增强复合材料的面内剪切模量，则可以规避剪切试验的固有缺陷，较大程度降低剪切性能测量的复杂程度，具有重要的实际意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种二维机织物增强复合材料剪切模量测量方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够仅通过单轴拉伸试验获取二维机织物增强复合材料的剪切模量。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种二维机织物增强复合材料剪切模量测量方法，包括：

4、步骤一，选取平纹织物、斜纹织物或具有45°旋转对称性的缎纹织物，用于制备单向铺放的二维机织物增强复合材料层合板，并将制备的单向铺放的二维机织物增强复合材料层合板切割为多个试验件，切割方向分别与二维机织物增强复合材料的经、纬纱方向平行或呈±45°夹角；需要特别说明的是，不具有45°旋转对称性的缎纹织物，不适用于本发明测量方法，因此其不能用于制备本发明实验所需的单向铺放的层合板。

5、步骤二，分别选取与经纱的纱线方向平行、与纬纱的纱线方向平行和与纱线方向呈±45°夹角的试验件分别进行逐级拉伸加载试验，并记录试验数据；

6、步骤三，结合步骤二数据，计算试验件织物平面上的拉伸模量和泊松比进而计算获取剪切模量。

7、可选的，所述单向铺放的二维机织物增强复合材料层合板切割有四种所述试验件，所述试验件的切割方向分别与二维机织物增强复合材料经纱的纱线呈0°、90°、+45°和-45°。

8、可选的，步骤二中的试验数据包括试验件初始截面面积s，在各相同载荷增量δf下产生的拉伸方向的应变增量δεi和垂直于拉伸方向的应变增量δεi'。

9、可选的，试验件拉伸方向的拉伸模量e计算方法为：

10、

11、式中，n表示测量区间内载荷增量的总施加次数，ei表示在第i次施加载荷增量时由这一次的应力增量和应变增量确定的拉伸模量。

12、可选的，拉伸方向的泊松比v计算方法为：

13、

14、式中，n表示测量区间内载荷增量的总施加次数，vi为拉伸试验时第i次增加载荷增量δf后由此时应变确定的泊松比。

15、与二维机织物增强复合材料纱线方向相夹±45°的方向上试验件的剪切模量g45的计算方法为：

16、

17、式中，e0表示材料在纱线方向的拉伸模量，由沿纱线方向切割产生的试验件的拉伸试验得到；e45表示材料在与纱线方向相夹±45°的轴线方向上的拉伸模量，由沿±45°斜向切割的试验件的拉伸试验得到；ν45表示材料在与纱线相夹±45°的方向上的泊松比，由沿±45°斜向切割的试验件的拉伸试验得到。

18、与二维机织物增强复合材料纱线方向相夹±45°的方向上试验件的剪切模量g45的计算方法为：

19、

20、式中，e0表示材料在纱线方向的拉伸模量，由沿纱线方向切割产生的试验件的拉伸试验得到；e45表示材料在与纱线方向相夹±45°的轴线方向上的拉伸模量，由沿±45°斜向切割的试验件的拉伸试验得到；ν0表示材料在纱线方向上的泊松比，由沿纱线方向切割的试验件的拉伸试验得到；ν45表示材料在与纱线相夹±45°的方向上的泊松比，由沿±45°斜向切割的试验件的拉伸试验得到。

21、与二维机织物增强复合材料经纱或纬纱的纱线方向平行试验件的剪切模量g0的计算方法为：

22、

23、式中，e45表示材料在与纱线方向相夹±45°的轴线方向上的拉伸模量，由沿±45°斜向切割的试验件的拉伸试验得到，ν45表示材料在与纱线相夹±45°的方向上的泊松比，由沿±45°斜向切割的试验件的拉伸试验得到。

24、可选的，试验件长度为250mm，试验件宽度为25mm，单向铺放的二维机织物增强复合材料层合板厚度为2.5mm；δf、δεi和δεi'的取值为载荷方向应力应变具有良好线性关系的区间数据。

25、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

26、本发明采用的单轴拉伸试验是最常见的力学性能试验之一，所需要的设备简单、易于操作。相比之下，进行平面剪切试验所需的夹具以及试验件制备更为复杂，操作更加困难。本发明基于单轴拉伸试验的二维机织物增强复合材料剪切模量表征方法，通过测量0°/90°和±45°两个方向组合下的拉伸性能代替了剪切试验的进行，配合独特的计算方法，实现了仅通过单轴拉伸试验，就可以对特定的二维机织物剪切模量的表征，能够降低二维机织物增强复合材料剪切模量测量的复杂程度。

技术特征：

1.一种二维机织物增强复合材料剪切模量测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的二维机织物增强复合材料剪切模量测量方法，其特征在于，所述单向铺放的二维机织物增强复合材料层合板切割有四种所述试验件，所述试验件的切割方向分别与二维机织物增强复合材料经纱的纱线方向呈0°、90°、+45°、-45°。

3.根据权利要求1所述的二维机织物增强复合材料剪切模量测量方法，其特征在于，步骤二中的试验数据包括试验件初始截面面积s，在各相同载荷增量δf下产生的拉伸方向的应变增量δεi和垂直于拉伸方向的应变增量δεi'。

4.根据权利要求3所述的二维机织物增强复合材料剪切模量测量方法，其特征在于，试验件拉伸模量e计算方法为：

5.根据权利要求4所述的二维机织物增强复合材料剪切模量测量方法，其特征在于，试验件泊松比ν计算方法为：

6.根据权利要求5所述的二维机织物增强复合材料剪切模量测量方法，其特征在于，与二维机织物增强复合材料纱线方向相夹±45°的方向上试验件的剪切模量g45的计算方法为：

7.根据权利要求5所述的二维机织物增强复合材料剪切模量测量方法，其特征在于，与二维机织物增强复合材料纱线方向相夹±45°的方向上试验件的剪切模量g45的计算方法为：

8.根据权利要求6或7所述的二维机织物增强复合材料剪切模量测量方法，其特征在于，与二维机织物增强复合材料纱线方向平行的试验件的剪切模量g0计算方法为：

技术总结本发明公开了一种二维机织物增强复合材料剪切模量测量方法；涉及织物增强复合材料力学性能表征领域，包括：步骤一，选取平纹织物、斜纹织物或具有45°旋转对称性的缎纹织物，用于制备单向铺放的二维机织物增强复合材料层合板，并将其切割为多个试验件，切割方向与二维机织物增强复合材料的经、纬纱方向平行或呈±45°夹角；步骤二，对沿纱线方向切割所得试验件和沿±45°斜向切割试验件分别进行逐级拉伸加载试验，并记录试验数据；步骤三，结合步骤二数据，计算二维机织物增强复合材料面内拉伸模量、泊松比，进而计算获取剪切模量。本发明能够仅通过单轴拉伸试验获取二维机织物增强复合材料的剪切模量。技术研发人员：颜世博,孟宪泽,张玮杰,燕瑛受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29