Определение пределов прочности при сжатии полимерных композиционных материалов

Цель работы: определить пределы прочности при сжатии полимерных композиционных материалов.

1. Краткие теоретические сведения

Механические свойства среди прочих свойств полимерных композиционных материалов (ПКМ) конструкционного назначения часто являются основными, поскольку большинство конечных изделий из таких материалов в той или иной степени подвергаются силовым нагрузкам. Механические свойства конструкционных ПКМ оцениваются и сравниваются в первую очередь по пределам прочности, определяемым, в том числе, методом испытания на сжатие.

Предел прочности при сжатии ПКМ (σ_в, МПа) – механическое напряжение, приложенное к образцу при сжатии, выше которого происходит разрушение материала.

Метод испытания на сжатие ПКМ состоит в кратковременном сжатии образца из ПКМ с постоянной скоростью деформирования, при котором определяют предел прочности при сжатии σ_в как отношение максимальной нагрузки, предшествующей разрушению образца, к начальной площади его поперечного сечения. Типичная зависимость механического напряжения σ в Па от деформации ε в % при сжатии образца из ПКМ представлена на рис. 1.

Рис. 1. Диаграмма сжатия ПКМ: σ_в – предел прочности ПКМ

Для определения пределов прочности при сжатии в направлении армирования однонаправленных ПКМ применяют образцы в виде полос прямоугольного поперечного сечения с закрепленными на концах накладками (рис. 2).

Рис. 2. Образец из однономерноармированного ПКМ для испытания на сжатие: 1 – накладки, 2 – образец

Для определения пределов прочности при сжатии ПКМ с укладкой армирующего материала, отличной от однонаправленной, а также одномерноармированных ПКМ в направлении, перпендикулярном армированию, применяют образцы согласно рис. 2, но шириною 15 мм или в виде двусторонней лопатки (рис. 3).

Рис. 3. Образец из двумерно- или трехмерноармированного ПКМ для испытания на сжатие

2. Методика эксперимента

При проведении испытания на сжатие образец из ПКМ сжимают вдоль продольной оси с помощью опрессовочного инструмента (рис. 4).

Рис. 4. Схема испытания на сжатие образца из ПКМ

3. Порядок выполнения работы

Задание. Определение предела прочности при сжатии ПКМ

1. Измерить толщину a и ширину b образца.

2. Образец установить на опорные плиты испытательной машины так, чтобы продольная ось его совпала с направлением действия нагрузки, а торцевые поверхности были параллельны опорным поверхностям плит.

3. Для измерений удлинения/деформации на образец установить механические экстензометры или другие приспособления.

4. Равномерно нагрузить образец с заданной скоростью перемещения активного захвата машины 1-15 мм/мин вплоть до его разрушения.

5. Записать диаграмму сжатия σ = f(Δl) или σ = f(ε) и определить σ_в.

6. Повторить пункты 1-5 не менее чем для пяти образцов.

7. Вычислить среднее арифметическое значение σ_в для всех образцов.

8. Рассчитать среднеквадратичное отклонение σ_в по формуле

(1)

где n – число образцов, – предел прочности для i-го образца и – среднее арифметическое результатов измерений для n образцов.

8. Рассчитать стандартное отклонение σ_в по формуле

(2)

9. Рассчитать коэффициент вариации σ_в по формуле

(3)

4. ОТЧЕТ О РАБОТЕ

Отчет о работе должен содержать:

1. Методику испытания на сжатие образцов из ПКМ.

2. Расчет прочностных характеристик ПКМ.

3. Результаты испытаний и расчетов: таблица и диаграммы сжатия.

4.Вывод.

Результаты испытаний на сжатие образцов из ПКМ

Образец	а	b	σв	Ωв	sв	νв
1
2
3
4
5
Ср.