Academic Centrehttps://doi.org/10.22364/mkm.58.6.04
В. И. Жигун1, Э. З. Плуме1, С. А. Кристоне1, Л. Л. Краснов2
1 Институт механики материалов Латвийского университета, Рига, LV-1006 Латвия
2 Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов, Москва, 105005 Россия
Метод определения модулей сдвига композитных материалов из опытов на трёхточечный поперечный изгиб
Полный текст: PDF (RUS)
С целью снижения материальных затрат выбран простой и экономичный метод, не предусматривающий использования тензодатчиков, не востребованный к практической реализации из-за высокого разброса определяемой характеристики и её нестабильности. Метод основан на трёхточечном поперечном изгибе образцов с замером прогиба под точкой приложения нагрузки. Модуль сдвига вычислен двумя способами. Испытания проводили на изотропном и трёх типах композитных материалов с разными схемами армирования. Контроль результатов осуществляли в ходе испытаний аналогичных образцов на растяжение и изгиб другим апробированным методом. Установлены основные факторы, препятствующие получению стабильных и достоверных значений модулей сдвига, одним из которых является отсутствие учёта угловых перемещений поперечных сечений образца при расчёте искомых характеристик. Показано, что оба способа дают очень заниженные значения модулей сдвига как для изотропного, так и для композитных материалов с весьма существенным разбросом, что не позволяет в представленном виде использовать рассматриваемый метод для практического применения без корректировки. Установлено, что прогиб под точкой приложения нагрузки определяется углами поворота сечений образца и длиной пролёта, а его значение равно произведению максимального угла поворота сечения на одну треть длины пролёта. Показано, что при учёте выявленных факторов и некоторой корректировке данный метод пригоден для определения модулей сдвига как первым, так и вторым способом, как изотропного, так и композитных материалов.
Ключевые слова: материалы композитные, модуль сдвига, трёхточечный изгиб поперечный
Поступила в редакцию 09.06.2022
V. I. Zhigun, E. Z. Plume, S. A. Kristоne, L. L. Krasnov
Method for determining the shear moduli of composite materials from experiments in the three-point transverse bending
In order to reduce material costs, a simple and economical method without the use of strain gages was chosen, which is not widespread in practical implementations due to the high spread of the characteristic determined and its instability. It is based on the three-point transverse bending of specimens and measuring the deflection under the load applied. In this case, the shear modulus is calculated in two different ways. The tests were carried out on isotropic and on three types of composite materials with different reinforcement schemes. The control of the results obtained was carried out by testing similar samples in tension and bending by other proven methods. The main factors preventing the obtaining of stable and reliable values of shear moduli were established, one of which is the neglect of angular displacements of cross sections of the sample during calculation of the desired characteristics. It is shown that both the methods give very underestimated values of shear modulus for both isotropic and composite materials, with a very significant spread, which does not allow one to use the method considered in the presented form without corrections. It was established, that deflection under the load is determined by the rotation angles of sample cross sections and by the span, and its value is equal to the product of the maximal cross-sectional rotation angle and one third of the span length. It is shown that, taking into account the identified factors and some adjustment, this method is suitable for determining the shear modulus by the first or second method for both isotropic and composite materials.
Keywords: composite materials, shear modulus, three-point transverse bending
Received June 9, 2022
Перевод статьи на английском языке: Springer