性能表征检测与评价

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1、性能表征（检测与评价）性能表征的重要性正确评价材料为设计与应用打下基础主要介绍复合材料中具有特点的部分9.1力学性能9.1.1扬氏模量目的：描述施加载荷与材料所发生的弹性变形（可逆）之间的关系实验方法分类力学法（静态法）超声波法（动态法）测量精度：0.5GPa扬氏模量常见的测量方法：应力-应变起始倾斜段的正切预应变后再加载时曲线起始倾斜段的正切预应变后卸载时曲线起始倾斜段的正切多次循环至应力-应变滞后可以忽略不记时再加载时曲线起始倾斜段的正切超声波穿越试样的速度利用共振频率，与材料的尺寸及模量有关扬氏模量对于非连续增强复合

2、材料，由于低应变比例区域的限制，可能会导致较大的误差优点：预应变使比例区域扩大。缺点：滞后现象可能低估模量值。有机械后退和卸载时明显反向塑性流变的发生。通过低应力疲劳循环的稳定排列几局部加工硬化1）和3）误差~3GPa，2）和4）0.5~1GPa扬氏模量5）超声波法G=ρus2[E(1-υ)/(1+υ)(1-2υ)]=ρul2优点：应力-应变值很低测量的高敏感性对小块试样的测试能力uL和uS：在各向同性大块材料中的纵向和剪切波速扬氏模量共振法原理测量通过敲击试样激发振动后共振的基频频率来推算复合材料的弹性模量。特点：可快速

3、测量；应变值低；试样的形状十分重要各种测量方法之间的误差可达1.5%9.1.2塑性应变历史的表征拉伸压缩载荷反向剪切拉伸夹具的选择与使用取向关系（与纤维平行）边缘效应压缩适用于延性较低的复合材料防止弯曲变形使用小的l/d层状复合材料厚度方向上应变的不均匀局部支撑载荷反向载荷反向对内部应力的敏感性瞬间软化：位错分布对反向应力的影响永久软化：Orowan环的影响永久软化强度反向曲线的圆滑度（a）短纤维增强复合材料的典型曲线；（b）典型紧固装置剪切各向异性加载偏离时，正应力与剪切应力的强烈相互作用测量纯剪切应力的困难9.1.3断

4、裂韧性材料的脆性可以用对裂纹开始不稳定扩展的阻力来描述。材料中产生应力并发生断裂的现象，可以用描述材料中存在的裂纹附近应力场强度的断裂力学的参数（应力强度因子K）来表达。当应力强度因子达到临界值时，材料中存在的裂纹开始不稳定扩展。在平面应力状态下，应力强度因子记作KIC，也称为断裂韧性。断裂韧性测试复合材料的断裂韧性所应满足的条件(a)具有明确的理论意义(b)能够评价有工业利用价值的多种材料(c)在不同的测量中可以得到偏差较小的数据(d)简便(e)能够进行高温测量单边预制裂纹法（SEPB法、SingleEdgePrecra

5、ckedBeam）从长方体试样的一个面的中间部分，引入一个与试样长度方向垂直的贯通预裂纹至试样的中间。将此引入裂纹的试样进行三点弯曲试验至断裂，测量加载，由预先引入的裂纹长度、试样尺寸以及弯曲试验的支点距离来求得平面应变断裂韧性。该试验法相当于金属材料中的裂纹疲劳试验。由于试样中导入了非常尖锐的裂纹，所以具有较明确的理论意义，而且测定值的偏差较小。单边预制裂纹法注意事项(a)预先导入的裂纹应是pop-in裂纹（一次到达所定位置的不稳定扩展裂纹）(b)预裂纹的形状应是StraightThrough，并达到所定的长度，如果表示

6、预裂纹顶端的线发生倾斜，则对KIC的评价会偏低，而裂纹发生斜进时，评价可能会偏高。材料KIC(Mpam1/2)KIC的偏差MG-PSZN-TS9.50+0.30(+3.2%)-0.30(-3.2%)Y-PSZTZ-3Y4.42+0.30(+3.2%)-0.30(-3.2%)Si3N4FX-9506.44+0.30(+3.2%)-0.30(-3.2%)TSN-024.84+0.30(+3.2%)-0.30(-3.2%)Al2O3ADS-104.80+0.30(+3.2%)-0.30(-3.2%)ADS-803.49+0.30

7、(+3.2%)-0.30(-3.2%)SiCSC-8502.53+0.30(+3.2%)-0.30(-3.2%)SiCW-Al2O3*WG-3006.40+0.30(+3.2%)-0.30(-3.2%)SiC-TiC**STC-506.06+0.30(+3.2%)-0.30(-3.2%)SEPB法测量例压痕法（IF法、ID法、IndentationFracture）压痕法包含桥压痕法(BI)、压压循环疲劳法(CC)、契型压入法(PW)等。压痕法是使用维氏硬度计压头在试样的试验面上加载，测量所生成的压痕及裂纹的长度，然后根据

8、加载、压痕对角线的长度、裂纹长度以及材料的弹性模量来求得断裂韧性的一种方法。该方法的特点之一是在已知材料的弹性模量时，无需特意制作试样即可以进行简便的测量。是一种适合于成品检测的手法。但如果材料的弹性模量未知，则需要按要求测量弹性模量，此方法不再简便。压痕法使用压痕法时，注意事项：(a)测定压痕与裂纹的