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从宏观到微观:不同尺寸复合材料力学测量解决方案

复合材料,是新材料产业的重要方向。复合材料具有耐热、耐腐蚀、高强度、轻质等特点,可设计性强,应用领域广泛,复合材料用量已成为航空航天及其他高端装备先进性的标志之一。

新拓三维复合材料力学行为测量解决方案,采用数字图像相关法(DIC)和扫描电子显微镜(SEM)技术,可用于包括大尺寸、微小尺寸复合材料的表面力学性能测试,对复合应变场和失效行为进行表征,并对其失效机理进行分析。

三维全场应变测量-复合材料力学行为测量解决方案.jpg

不同尺寸复合材料结构表面力学行为测试

1)大尺寸复合材料测试——飞机复合材料结构精密干涉连接测试实验

凭借在强度、韧性及寿命上的优势,碳纤维增强型复合材料逐渐作为主承力结构应用于飞机产品,但由于极易产生连接损伤,实现复合材料结构的精密干涉连接极为关键。

XTDIC三维全场应变测量系统可对大尺寸复合材料干涉连接孔周应力、干涉连接结构损伤萌生与扩展机理进行分析,有助于提升接头的连接强度与疲劳寿命。

大尺寸复合材料测试-dic三维全场应变测量系统.jpg

飞机结构件连接力学测试-dic三维全场应变测量系统.jpg

飞机结构件干涉连接原理及其阶段划分
飞机结构件多钉连接应力应变分布-dic三维全场应变测量系统.jpg

飞机结构件多钉干涉连接应力应变分布

如图所示:利用DIC非接触全场应变测量技术,分析干涉连接孔周应力应变分布,由单钉干涉连接孔周应力分析过渡到边界条件、载荷传递更为复杂的多钉干涉连接,为抑制损伤打下了坚实的基础。

2)常规尺寸复合材料测试——碳纤维材料分层劈裂力学性能测试

碳纤维复合材料是复杂的各项异性多相体系,其质量存在离散性,成型过程与服役条件极其复杂。因此,碳纤维材料结构的力学测试,无论是在制造上还是在实时应用上都显得尤为重要。

对两层碳纤维材料进行分开劈裂,分析碳纤维材料在劈裂载荷作用下发生分层拓展情况,分层区域材料所受劈裂应力集中区域,以及关键点位移应变变化情况。

碳纤维材料分层劈裂力学测试.jpg

碳纤维材料分层劈裂力学测试实验
三维区域合位移云图&最大主应变云图-DIC全场应变测量.jpg

三维区域合位移云图&最大主应变云图
关键点最大主应变曲线-DIC全场应变测量.jpg

点点距离相对变化曲线&关键点最大主应变曲线

如图所示:劈裂时样品表面受力端应变最大,呈现应变增大的趋势,通过色谱图直观分析出整体应变,应变集中区域以及具体数值。

3)微小尺寸复合材料测试——微小尺寸材料拉伸力学性能测试

测量微小尺寸的复合材料表面特性,对于检测电子产品极为重要。如下被测试材料试样标距段宽度仅2.5mm,新拓三维XTDIC-MICRO显微应变测量系统,搭配高放大倍数显微镜,可在mm级视野尺寸测量材料的位移和应变特性。

微小尺寸复合材料测试-DIC显微应变测量.jpg

XTDIC-MICRO显微应变测量系统采用高精密度的标准正交栅格,以及自主研发的算法,可解决显微放大的畸变误差问题。XTDIC-MICRO显微应变测量系统可配合原位拉伸机,对微小尺寸材料进行测量和应变分析。

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