14、材料弯曲测试中的力学响应与应变分析

材料弯曲测试中的力学响应与应变分析

在材料的力学性能测试中，弯曲测试是一种常见且重要的手段，通过不同的弯曲测试方法可以深入了解材料在受力时的响应、变形和损伤行为。下面将详细介绍三点、四点和五点弯曲测试的相关内容。

1. 弯曲测试的应力 - 挠度曲线

三点、四点短梁测试以及五点双梁剪切测试的最大剪应力 - 挠度曲线展示了材料在受力直至分层起始阶段的力学响应。除五点弯曲外，其他曲线均呈现出非线性平台区域。图 4.10 直观地呈现了这些曲线。

不同标准对于层间剪切强度的定义有所不同：
- 对于三点弯曲，根据 ASTM（2016b），最大力被视为相应的短梁强度；而根据 DIN（1998），最大力或破坏时的力被视为表观层间剪切强度。
- 对于五点双梁剪切测试，根据 ISO（2018），与分层发生对应的临界载荷被视为相应的层间剪切强度。

确定极限剪切强度时可能存在偏差，这主要源于试样几何形状的偏差以及赫兹接触压力，这些因素可能影响分层的起始。

2. 断口分析

断口分析聚焦于三点和四点试样的层间剪切失效和分层情况。图 4.11 展示了具有代表性的断口图像。由于五点试样未沿宽度完全分层，因此未展示其断口图像。三点和四点试样均呈现出偏心分层，裂纹偏离了中面，中面上下的层间平面发生了分层。需要注意的是，试样的加载已超过分层起始点。

3. 灵敏度分析

3.1 剪应力灵敏度分析

由于断口分析显示分层偏离了中面，因此对三点和四点试样不同层的剪应力进行了灵敏度分析。图 4.12 可视化了使用式（4.12）的归一化版本确定层间剪应力时可能存在的偏差，考虑了 1