剪切试验

则为纯剪。 则为纯剪。 对于不平衡的正交各向异 对于不平衡的正交各向异 性的材料制成的平板， 性的材料制成的平板，只 要材料的对称主轴平行于 连杆，应力状态与此相同。 连杆，应力状态与此相同。 若不平衡的正交异性材料 若不平衡的正交异性材料 的平板对称主轴同x和 轴 的平板对称主轴同 和y轴 重合， 重合，有条件 得：
如：硼纤维复合材料的应力分 布，纤维铺放方向同四连杆框 架的轴成45 架的轴成 0
夹具类型 改进后的四连杆夹具
对剪加载方式的夹具
平板剪切用的双剪夹具
弹性常数的算出： 弹性常数的算出： 测量标距对角线 P 和应变 ε1 , ε 2 1 若平板为纯剪力状态， 若平板为纯剪力状态，则： 切应力 τxy 和剪应变 γ xy 可由几何关系算出 ：
θ
Z
MT l Gθ z = . I p
M T 施加扭距 I p 极转动惯量
1 I p = π ( R04 Ri4 ) 2
平板剪切 －通常有三种加载方式。 通常有三种加载方式。 －四连杆框架夹具最为常 用，装载试样的夹具连杆 应有足够的弯曲和拉－压 应有足够的弯曲和拉－ 刚度。 刚度。即 ε x = ε y，且在加 载过程中形状不变。 载过程中形状不变。 测定性能 测量值 结构限制 物理限制
复合材料剪切试验
抗剪性能的研究方法 －复合材料主要缺点－抗剪能力差（刚度、强度），特别是层 复合材料主要缺点－抗剪能力差（刚度、强度），特别是层 主要缺点 ）， 合结构，因此，对剪切性能研究十分重要。 合结构，因此，对剪切性能研究十分重要。 剪切试验方法的难点：如何产生纯剪问题。 剪切试验方法的难点：如何产生纯剪问题。 纯剪问题 随着复合材料各向异性和非均质性的增加 随着复合材料各向异性和非均质性的增加 随着复合材料各向异性和非均质性 以及试件端头效应区的增大都使得纯剪问 以及试件端头效应区的增大都使得纯剪问 端头效应区 题难度增大，均匀应力区愈加难以获得。 题难度增大，均匀应力区愈加难以获得。 试验方法取决于材料结构和载荷相对于对称 试验方法取决于材料结构和载荷相对于对称 轴的方向。可分为平面剪切和层间剪切两种。 平面剪切和层间剪切两种 轴的方向。可分为平面剪切和层间剪切两种。
温度和湿度
加载方式 －随试样形状、尺寸和试验目的不同，采用不同加载方式。 随试样形状、尺寸和试验目的不同，采用不同加载方式。 ①扭转；②弯曲；③单向和双向的拉伸－压缩等加载方式。 扭转； 弯曲； 单向和双向的拉伸－压缩等加载方式。 平面剪切试验的方法 正方形平板的扭曲； ①薄壁管的扭转 ②平板的剪切 ③正方形平板的扭曲；④各向异性 直条的拉伸； 直条的拉伸； 各种剪切试验方法的特点 ①薄壁管的扭转：应力状态均匀，但耗材大。获得的数据不能由于 薄壁管的扭转：应力状态均匀，但耗材大。 评价板状试样的性能，因制备方法不同。 评价板状试样的性能，因制备方法不同。 ②平板的剪切：可测定剪切模量和剪切强度，但耗材也较大。 平板的剪切：可测定剪切模量和剪切强度，但耗材也较大。 ③正方形平板的扭曲：使用广泛，主要由于测定弹性常数。 正方形平板的扭曲：使用广泛，主要由于测定弹性常数。 ④各向异性直条的拉伸：最简单、经济，但精度稍差。 各向异性直条的拉伸：最简单、经济，但精度稍差。
εx =
σx
Ex
ε y = ν xyε x γ xy = a16σ x
－测量的最佳角 度450
切槽试样的拉伸－ 切槽试样的拉伸－压缩试验方法
层间剪切试样
层间剪切环状试样
十字层梁试样
十y
P τ xy = 2ah ε1 + ε 2 γ xy = 1 + ε1 ε 2
强度的计算： 强度的计算：
Pu Pu u τ xy = = F 2ah
各向异性直条试样的拉伸
1 τ12 = σ x sin2θ 2 γ12 = (ε y ε x )sin2θ + γ xy cos2θ
薄壁管的扭转 －主要用于长丝或织物缠绕的薄壁管扭转试验。 主要用于长丝或织物缠绕的薄壁管扭转试验。 足够小， 若 h / R 足够小，剪切变形沿厚度 方向的变化可忽略， 方向的变化可忽略，从而获得均 匀的切应力分布场。 匀的切应力分布场。 薄壁管加工及试验时的要求 －层片数量应足以传递载荷；厚 层片数量应足以传递载荷； 度均匀，偏差小。 度均匀，偏差小。电阻应变片要 使用＋ 使用＋450/00/-450，用以检测应变 状态。 状态。 －为保证试件端头在加载时不破 裂及均匀加载， 裂及均匀加载，要对端头进行处 理。 R
σy =
1 ν xy E y 1 ν yx Ex
即沿对角线的拉伸力不等于沿另一条对角线的压缩 此时， 力，此时， σ x σ y σ x 1ν xy Ey 平板边缘有切应力： 平板边缘有切应力：
τ x' y' =
2
=
2
(1+
1ν yx Ex
)
因此， 和正应力 ，因此，以此种方式加载的正交平板已不 再是纯剪应力。 再是纯剪应力。 在标准的销钉铰接四杆框架中，接头的转轴同试样标距的 在标准的销钉铰接四杆框架中， 四角常是不重合，因而，造成应力、应变集中。 四角常是不重合，因而，造成应力、应变集中。
平面剪切： 引起的剪切。 平面剪切：由 τ yx = τ xy引起的剪切。 层间剪切； 引起的剪切。 层间剪切；由 τ xz或τ yz 引起的剪切。 纤维增强复合材料试验方法 ①平面剪切试验； 平面剪切试验； ②层间剪切试验； 层间剪切试验； ③剪断试验； 剪断试验； 试样的形式 ①管状试样； 管状试样； ②棒状试样； 棒状试样； ③板状试样； 板状试样； ④环状和弓形试样； 环状和弓形试样；
Gxy ,τ xy
p, ε
Gxy ,τ xy
Gxy
p, ε
p, w
00，900，00/900铺层 00， 900取向
σ ε 在线性范围内，叠层对称 在线性范围内，
正方形变为平行四边形，则 正方形变为平行四边形， 易算出： 易算出：
σ 1 = σ 2 = τ xy
即
p1 = p2 (σx =σy ,τxy ≠ 0)