关于碳纤维管的弯曲实验分析

  碳纤维管是比较常见的一种碳纤维制品,在复合材料管材中,碳纤维管属于性能非常高的一款复合材料管,其密度比较低,但强度却是钢材的7-9倍,并且还具有非常好抗冲击以及耐腐蚀性的性能优势。本文由博实小编来针对碳纤维管做个弯曲实验分析。

  弯曲实验主要是检验材料在弯曲静载荷作用下的性能或行为,适用于测定脆性和低塑性材料的强度指标,同时用挠度表示其塑性能力,是材料工程中一种常用的实验方法。弯曲实验时,试样横截面上的应力应变分布是不均勾的,表面的应力应变较大,与拉伸实验的应力应变存在较大的差别,这种差别体现在试样横截面上的应力梯度。

  弯曲试验依其加载方式的差别可以分成静态和动态两大类。其中静态弯曲试验包括三点弯曲(集中加载)试验和四点弯曲(等弯矩加载)试验两种。本实验通过三点弯曲,无约束支撑,以恒定的加载速率加载,致使试样破坏或达到一定的挠度值。

  试验方法:选取壁厚均为1mm、长度为100mm的直径分别为10mm、30mm、60mm、90mm、120mm、150mm的碳纤维圆管各一根作为实验样品。在实验过程中,需要测量并记录施加在试样上的载荷和试样的挠度,分别计算出其弯曲强度、弯曲弹性模量,推断出弯曲应力与应变的关系。

  碳纤维管弯曲实验时主要承受拉力和压力掌中应力,因此其弯曲性能与拉伸、压缩性能差不多,但由于弯曲实验,大应力区域比拉压实验时小,所以一般弯曲强度比拉伸、压缩强度值较高。

  经研究测试可知:直径超过100mm的碳纤维圆管与直径低于30mm的碳纤维圆管在轴心受力下都呈现出良好的线弹性,在遭受破坏时也都呈现出明显的脆性。破坏与口径大小没有直接关联,但与管材的铺层及层间粘结力关联较大,在圆管制造过程中,一旦碳纤维复合材料铺层间的粘结力不够就会导致层间分层的问题,影响到管材的整体性能。

  另外,圆管的截面强度也很重要,在经过研究对比发现,发生几率较少的几起管材成品件的破坏事件中,其破坏区域多集中在管材与金属接头处,实物分析后推断是金属接头相对于碳纤维圆管太薄的原因造成的。因此,在管材与金属件连接的设计中需要重视这一问题。

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