实验时间：2013年11月12日 实验地点：力学试验中心一楼
一、实验目的：
1.掌握单向复合材料（0°/90°）拉伸性能及其测试方法。
二、实验内容：
1．测定单向复合材料拉伸强度、弹性模量、泊松比、破坏伸长率等。
三、实验方法：
将等横截面的矩形薄板直条形试样在试验机上进行轴向拉伸试验。测定拉伸强度、模量、泊松比、破坏伸长率及应力-应变曲线等。
四、实验仪器设备：
电子万能试验机、静态应变仪、应变计（片）、温度补偿片、游标卡尺等。
五、试验步骤及条件：
1pcl．试样制备，可参照纤维增强塑料性能试验方法总则（GB/T1446-2005）。
2．定向纤维增强复合材料拉伸试样的尺寸如图2.1和表2.1所示：
图2. 1 拉伸性能试样
表2.1 拉伸性能试样尺寸：（mm）
试样类别 | L | b | h | D | h0 | θ |
0° | 230 | 15±0.5 | 1～3 | 50 | 1.5 | 15°～90° |
90° | 170 | 25±0.5 | 2～4 | 25～50 | 1.5 | 15°～90° |
注： 1. 仲裁试样厚度：2.0mm±0.1mm。 2. 测定泊松比时也可才采用无加强片直条形试样。 3. 测定0°泊松比时试样宽度也可以采用25mm±0.1mm。 |
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对于0°碳纤维增强复合材料拉伸试件的h宜取较小值，如美国ASTM D3039标准试样厚度为1mm。
a) 加强片的使用
夹持方法的关键是有效把载荷加到试样上，并防止因明显的不连续性而引起试样的提前失效。按试样的失效模式和失效部位，确定是否使用加强片和使用加强片的设计参量。若合理的失效模式发生的次数较多，则无需更换加持方法。
b) 加强片的材料
图2.1中，试样夹持端的加强片材料可采用铝合金或复合材料板材。我们推荐使用±45°或者正交铺层的GFEP复合材料板作为加强片的材料。
c) 加强片的胶接
加强片的胶接最可取的做法是在试样层板成型后，在试样切割之前，现将加强片材料粘接在层板上，粘接完成后再切割每一个试样。这样能保证试样和加强片的正确取向并最大限
度地降低偏心加载的影响。为了试样对中，两侧加强片的厚度和胶层厚度应相同，多余胶剂应清除。
粘接加强片所用的胶剂应该保证实验过程中加强片不脱落，胶粘剂固化温度不高于试样层板的成型温度，对加强片处的试样表面进行处理时不允许损伤试样纤维。
3．测量试样中点的宽度和厚度，精确到0.01mm。
4. 装夹试样
通常试验机夹头面是粗糙的，常带有锯齿状或十字形沟槽。对于复合材料试样推荐使用的细纹粗糙面的夹头，以便夹持力扩散到尽可能大的面积，并减少试样的损伤。如果只有粗夹头，可采用在夹头与试样之间垫上砂布。
装夹试样时应保证拉伸试样的轴线与试验机上下夹头中心线同轴（对中）。尤其在装夹纤维方向为90°的复合材料试样时更要小心，应优先装夹试件上端，然后装夹试样的下端，这是因为一般试验机拉伸夹头带有万向接，周向可以自由活动而下夹头是固定夹具，因此对纤维方向为90°的复合材料试样装夹时必须先上后下，否则试样在装夹中很容易引起损伤甚
至断裂破坏。
5. 应变计（片）与应变仪的连接和温度补偿
将轴向和横向应变片的两对导线焊接于静态应变仪上，按1/4桥（多通道共用补偿片）方式接入应变仪选定通道，并借用另一个试样的一个应变片作为温度补偿片接入补偿端。
6．把应变片的灵敏系数输入应变仪并自动调零。
7. 加载速度
测定拉伸强度时，加载速度为1～6mm/min；仲裁实验加载速度为2mm/min。测定拉伸弹性模量、泊松比、应力应变曲线时加载速度为0.5～1mm/min。
8. 测定拉伸模量、泊松比、应力应变曲线时，施加初载（大约为破坏载荷的5%），检查合理调整试样及仪器，使其处于正常工作状态，然后连续或分级加载。
9. 以0.5～1mm/min的加载速度对试样进行分级加载，级差为破坏载荷的5%～10%，至少5级，记录各级载荷值与相应的应变值。
10.测定拉伸强度时可对试件进行连续加载直至试样破坏，记录最大载荷值。
11.实验计算公式：
a)拉伸强度按（1）式计算：
式中: ——拉伸强度，单位为兆帕（MPa），分别表示0°或90°试样的拉伸强度；——试样破坏时的最大载荷，单位为牛顿（N）；b——试样宽度，单位为毫米（mm）；h——试样厚度，单位为毫米（mm）。
b)拉伸弹性模量按（2）式计算：
式中：——拉伸弹性模量，单位为兆帕（MPa），分别表示0°或90°试样的拉伸弹性模量；——载荷-形变曲线或载荷-应变曲线上初始直线段的载荷增量，单位为牛顿（N）；——与对应的 标距l内的变形增量，单位为毫米（mm）；l——测量标距，单位为毫米（mm）；——与对应的应变增量。
c）拉伸破坏伸长率按（3）式计算：
式中：——拉伸破坏伸长率（%），分别表示0°或90°试样的拉伸破坏伸长率；——试样破坏时标距l的总伸长量，单位为毫米（mm）；
d）泊松比按（4）、（5）、（6）式计算：
式中，——泊松比；——分别为与相对应的纵向（L）应变和横向（T）应变；——分别为与相对应的标距内的变形增量，mm；——分别为纵向和横向的测量标距，mm。
六、实验原始数据
实验名称：单向复合材料拉伸性能 | 试验方法标准号：GB/T3355-2005 |
实验人员姓名：李福凯 专业：航空复合材料 学号：1153342 实验日期：2013年10月 |
0° 试样尺称： 长度 L=240mm 宽度b=14.03mm 厚度h=0.97mm 试验段长度L=100mm 90° 试样尺称： 长度L=180mm 宽度b=24.74mm 厚度 h=1.99mm 试验段长度 L=70mm |
应变片规格和灵敏系数：2.08《保安服务管理条例》 | 材料规格和牌号：USN125B |
加载级数 | 载荷 （N） | 载荷增量ΔP(N) | 应变仪读数及其增量（） 单向0°试样 | 载荷（N） | 载荷增量ΔP(N) | 应变仪读数及其增量（） 单向90°试样 |
| | | | | | | |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
1 | 500 | 500 | 316 | 316 | -107 | -107 | 50 | 50 | 237 | 237 | -5 | -5 |
2 | 1000 | 500 | 605 | 289 | -202 | -95 | 100 | 50 | 354 | 117 | -11 | -6 情报理论与实践 |
3 | 1500 | 500 | 860 | 255 | -300 | -98 | 150 | 50 | 468 | 114 | -10 | 1 |
4 | 2000 | 500 | 1090 | 230 | -400 | 经济分析-100 | 200 | 50 | 538 | 70 | -10 | 0 |
5 | 2500 | 500 | 1361 | 271 | -485 | -85 | | | | | | |
6 | 3000 | 500 | 1662 | 301 | -560 | -75 | | | | | | |
7 | 3500 | 500 | 1921 | 259 | -650 | -90 | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | |
破坏 | =21522 | | 无 | |
饰琳琅应变增量平均值 | | 92.9 | 应变增量 平均值 | =134.5 | =-2.5 |
缅甸荡寇志计算结果：（单向0°试样） 拉伸强度： 拉伸模量： 泊松比： 破坏伸长率： | 计算结果：（单向90°试样） 拉伸强度： 拉伸模量： 泊松比： 破坏伸长率： |
| | | | | | | | | | | | | | |
0°拉伸曲线如下：
90°拉伸曲线如下：
七、破坏分析
0°试样破坏断面表现为爆炸状的破坏。 如下图：
90°试样直接从中间裂开了。
九、实验数据分析：
1. 单向0°拉伸试验的数据基本合理,但是在做90°拉伸试验时，老师在调整试样过程中，不小心把试样弄断了，导致最大应变和最大强度无法求得。
2. 0°试样在接近中间的部位破坏，说明实验较为准确，强度和模量较为合理
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