復合材料夾層結構剪切性能測試標準對比

更新時間：2024-12-16

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夾芯板是一種由兩層金屬（或其他材料）面板和中間填充的高分子隔熱材料組成的復合板材，隨著現代航空航天、汽車和建筑等領域對材料性能要求的不斷提高，夾芯板因其輕質、高強度、高剛度和耐腐蝕性等優異特性而得到廣泛應用。

各類復合材料

在復合材料結構中，夾芯板作為一種典型的承載結構，其剪切性能直接影響到整體結構的力學行為。不同國家和地區針對夾芯板的剪切性能測試制定了相應的標準，其中 GB/T 1455 和 ASTM C273 是兩種常用的測試方法。對比兩種測試方法的硬件需求、測試流程及其在夾芯板剪切性能測試中的應用對客戶非常有意義。

PART.01

樣品準備與尺寸要求

SPECIMEN PREPERATION AND SIZE REQUIREMENTS

GB/T 1455

根據 GB/T 1455 的規定，夾芯板樣品準備較為靈活，樣品的尺寸通常要求為寬度 60mm，試樣長度大于或等于芯子厚度的 12 倍，但可根據實驗條件和夾芯板的實際厚度和長度進行調整，標準要求夾芯板的面板材料和核心材料都應符合規定的性能要求。

試樣形狀示意圖

ASTM C273

通常樣品的尺寸寬度不小于 50mm，且必須保證樣品的對稱性與均勻性。此外，ASTM 標準對面板與核心材料的密度差異也有明確的要求，以確保測試結果的準確性。

PART.02

測試裝置與施加方式

TESTING DEVICE AND APPLICATION METHOD

GB/T 1455

提供兩種夾具：一種用于拉伸剪切測試，另一種用于壓縮剪切測試。兩種夾具都配有常規 15mm 厚金屬板。任何一種夾具都可以測試包括蜂窩芯結構和連續芯結構（如泡沫或輕木）在內的各種不同的夾層芯材料，并且在金屬板兩側均需安裝變形計和附件。

在測定平面剪切模量時，需要施加初載（破壞載荷的 5%）直至（破壞載荷的 20%）觀察兩側變形計讀數基本一致后，卸至初載，按照推薦的 0.5mm/min-1mm/min 加載至破壞。

拉剪試驗裝置示意圖

ASTM C273

同樣要求使用兩種模式的夾具進行拉伸剪切和壓縮剪切測試，但只需要在金屬板一側安裝變形計，測試僅需按照推薦的 0.5mm/min 加載至試樣破壞。

PART.03

數據處理

DATA PROCESSING

GB/T 1455

主要通過記錄樣品破壞時的載荷值來計算剪切強度。標準規定了載荷與樣品破壞面之間的關系，平面剪切強度的計算公式也較為直接，測試人員需記錄破壞的模式。

ASTM C273

該標準的計算方法更為細致，需綜合考慮剪切載荷與試樣形變的關系。在芯子剪切模量的計算中，計算模量的兩點必須記錄下來，這樣更有利于數據對比和分析。此外，ASTM C273 標準對樣品的破壞模式有詳細的描述和要求，測試人員需記錄破壞的類型與 GB/T 1455 一致，以便分析剪切失效機制。

PART.04

剪切性能測試的結果對比

COMPARISON OF TESTING RESULTS

結果一致性與可比性

由于 GB/T 1455 和 ASTM C273 在測試條件、樣品尺寸、載荷施加方式等方面的差異，導致兩者在測試過程中可能得到不同的剪切強度結果。

GB/T 1455 標準由于對樣品尺寸和測試裝置的要求較為寬松，因此可能在實際應用中適用于更大范圍的夾芯板材料和結構。

而 ASTM C273 標準則更為嚴格，通常得到的測試結果更為精確，但對材料的適用范圍可能有所局限。

剪切失效模式分析

在實際測試中，夾芯板的剪切破壞模式可能因標準的不同而有所差異。

GB/T 1455 標準通常觀察到的剪切失效模式為面板剝離或核心材料壓潰；而在 ASTM C273 標準下，由于測試過程中對夾芯板核心和面板的夾緊要求較高，因此可能更多地觀察到面板剝離與核心壓潰共同作用的失效模式。這些差異可能與標準中對剪切力施加方式和加載速率的不同要求有關。

結論

GB/T 1455 與 ASTM C273 標準均為評估夾芯板剪切性能的有效方法，但由于其測試條件和實驗流程的差異，導致了在應用中的一定差別。

GB/T 1455 的要求更為寬松，適用于大范圍的夾芯板材料，但可能在精度和結果可比性方面略遜一些；而 ASTM C273 則在測試精度和數據處理方面較為嚴格，適用于對測試結果要求更高的場合。

選擇哪種標準應依據實際應用需求和測試精度要求來決定。在實際應用中，工程師可以根據項目要求選擇適當的標準，以確保結構的安全性與可靠性。