技术分享 | 碳纤维复合材料剪切疲劳试验研究方法

碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics，CFRP)可以说是目前应用最受青睐的复合材料，相比于传统的金属材料，其出色的疲劳性能一直是国内外专家学者的关注对象。疲劳性能是工程应用中产品可靠性研究的重要内容之一。目前大多数CFRP疲劳性能研究着重于单向铺层或者正交铺层的拉-拉疲劳，而在很多工程应用的场合之中，如传动轴，剪切破坏是重要的破坏模式，对其疲劳性能的研究十分重要。V型缺口的剪切疲劳试验相对于其他研究方法，可以获得更加均匀的应力分布，以及纯剪切的应力状态，所以本文采用V型缺口试验的方法，对CFRP的剪切疲劳性能进行研究和探索。

2.1 试样制备

表1 CFRP性能参数

对于已经制备完成的试样进行静力性能抽样测试，检验试样的合格性，同时测量其静力的剪切强度。

2.2 试验结果

对V型缺口试样的剪切疲劳试验进行完成之后，得到如下疲劳数据，见表2。剪切强度计算结果与试验测试结果相差不大，在每个应力水平下疲劳试样的累计循环次数也都在一个数量级之内，属于可接受范围。其中在应力水平为0.7以下时，试验循环数到达106没有破坏，认为材料到达疲劳极限。  

表2 CFRP剪切强度

表3 CFRP剪切疲劳试验结果

 

(1) s=0.75

 

(2) s=0.7

 

(3) s=0.8

　　图5 试验结束后试样图

(1)和(3)试样经过试验后发生破坏，其破坏模式为45°方向的剪切破坏。其中(1)为s=0.75应力条件下的破坏形式，(3)为s=0.8条件下的破坏形式，明显高应力条件下破坏更为迅速，纤维大多同时断裂，而低应力条件下发生了更加明显的纤维断裂后的应力重新分布，纤维断裂位置有所不同；(2)为经过106循环之后仍未破坏的效果。