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夾層結構泡沫芯材疲勞性能比較

2010-06-22 來源:贏創德固賽(上海)有限公司 瀏覽數:1527

   瑞典斯德哥爾摩皇家理工大學對X-PVC、PEI和PMI泡沫夾層結構梁做了四點疲勞試驗,分別得出三種不同結構芯材發生剪切疲勞破壞的載荷、變形、剪切強度和S/N曲線。設定合適的加載幅度,在1×103-5×106次循環加載條件下,如果夾層結構梁發生疲勞破壞,就可以得到相應的疲勞破壞載荷。對于經過5×106循環以后對未發生破壞的試件,通過靜力方法(ASTM C393-62)測量其剩余剪切強度。
        
        簡介

  試驗對PMI、X-PVC和PEI三種類型的結構泡沫的疲勞性能進行了研究、比較。因為產品來自不同廠家,在夾層結構梁測試中選擇的芯材密度有所不同,但是所有的試驗都在同一個四點彎曲試驗機(圖1)上完成,夾層結構的試驗設計破壞形式都是芯材發生剪切破壞。首先進行靜力試驗,測試夾層結構梁的靜剪切強度,然后進行疲勞加載試驗,疲勞實驗的加載次數在1×103-5×106之間,按照試驗設定,試件發生疲勞斷裂。在試驗得出的S/N曲線中,疲勞破壞載荷的大小是以其與剪切強度的比值的形式給出。如果經過5×106 循環加載試件未發生破壞,采用和原先測試靜力性能相同的方法測試試件的剩余剪切強度。
        
        試驗方法 
         
   所有試驗均采用四點彎曲試驗機,在ASTM C393-62 [1] 標準的基礎上進行。通過四點彎曲試驗 [2] 測試夾層結構芯材剪切疲勞性能的方法,已被證實可行 [3-4] 。四點彎曲試驗本身的優點是構件不會出現大的應力集中,夾層結構(面層材料-膠-芯材)在加載過程中相對獨立,與實際使用過程中結構的受力情況相似。彎矩和剪力如圖2所示,在內外支點之間,剪力是一個常數,彎矩的變化是從內支點處的最大值減小到外支點處的零。在四點彎曲試驗中,中間截面處的彎矩是一個常量(也是最大值),同時剪力為零;在內外支點之間剪力是常量。 
        
  在測試過程中,內外支點之間的芯材的受力幾乎為純剪應力狀態,這正是試驗所需要的。根據Zenkert[5]提出的方法,結合示意圖上的標注,計算得出最大剪力Tmax和最大剪應力τmax分別是:
 

  其中P 等于四點彎曲試驗機所加載荷的1/2。tc和tf分別是芯材和面板的厚度。 
         
   同時,最大的彎矩Mmax以及根據近似公式(該關系適用于面板對稱的夾層結構)計算得出的最大面板拉伸/壓縮應力σmax分別是:
      其中,L1和L2是圖2中試件支點之間的距離。為了讓四點彎曲試件發生芯材剪切破壞,支點的間距必須經過計算,使得芯材的剪切破壞成為結構的臨界破壞形式。假定芯材的極限剪應強度是τi,面板的極限拉伸強度是σi,后者可以是壓縮、拉伸或者局部屈曲強度強度。根據面材和芯材的彈性模量(Ef 和 Ec )以及芯材的剪切模量之間的關系得出: 

【延伸閱讀】

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閱讀上文 >> 夾心材料:葉片變革之源(上)
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