1、南京理工大学两种碳纤维管弹性模量及强度测定报告 碳纤维管（如图0-1）作为一种新型高强材料，已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用。从航天、航空、汽车、电子机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。不同生产厂商的加工工艺和生产成分的不同都会导致其功能属性的差异。在这里争对两种碳纤维管进行强度和弹性模量测定。0-1：碳纤维管一 实验目的1、 测定碳纤维管的强度及弹性模量；2、 了解不同制作环境下，碳纤维管弹性模量及强度及弹性模量的区别；3、 通过实验方案设计，提高分析问题和解决问题的能力；二 试验原理及方法1、碳纤维管强度的测定碳纤维管强度是指碳纤维管在规定的荷载下，材料发生破坏时的应
2、力。在这里通过加载试验机对碳纤维管纵向施加竖向荷载（如图2-1所示），加载至材料破坏，记录荷载大小Fmax，测定碳纤维管截面S，其强度可表示成=FmaxS。图2-1：试件加载2、 碳纤维管弹性模量的测定碳纤维管弹性模量测量是通过其应力应变的关系来求得。将两种不同的纤维管分别截取长度为90mm的三个试样，分别标记为1-1（第一种试件1）、1-2、1-3、2-1（第二种试件1）、2-2、2-3（如图2-1左）；分别在中间横截面上取两个对称位置贴取应变片（如图2-1右），在试验机上加载F，求出该截面应力=FS，并用应变仪测定实时应变，通过计算机优化拟合得出-曲线得出斜率K，则相应弹性模量E=K。图2
3、-1：左：样品试件试件 右:应变片样图三 数据记录与处理（1） 强度测量表3-1：第一种碳纤维强度试件名称Fmax/KNS/mm2Ave（Fmax）Ave（S）=FmaxS1-1298.1880299.1880340MPa1-2299.18731-3300.1887表3-2：第二种碳纤维强度试件名称Fmax/KNS/mm2Ave（Fmax）Ave（S）=FmaxS2-1440.5.880442.5880503MPa2-2442.58732-3444.5887（2） 弹性模量各试件测量情况如下所示：表3-1-1：试件1-1应变片读数加载次数荷载/KN面积S/mm2应力/MPa应变片1/应变片2/
4、平均应变/158805.68181821254283.521011.363636239136187.531517.045455342249295.542022.72727343536540052528.40909152147549863034.09090960858259573539.772727692685688.584045.45454577578578094551.136364852883867.5105056.818182928975951.5115562.5101310661039.5126068.181818109611581127136573.863636109812591178
5、.5147079.545455119413431268.5157585.227273126214321347168090.909091134315421442.5图3-1-1：试件1-1的-曲线1-1号试件弹性模量：E=63GPa表3-1-2：试件1-2应变片读数加载次数荷载/KN面积S/mm2应力/MPa应变片1/应变片2/平均应变/158805.6818182181468221011.3636365730718231517.04545510846228542022.727273164609386.552528.409091218751484.563034.090909273890581.5
6、73539.7727273271028677.584045.454545383116377394551.1363644381298868105056.8181824981431964.5115562.555615621059126068.18181860016931146.5136573.86363666018231241.5147079.54545572319531338157585.22727378920801434.5168090.90909185322081530.5图3-1-2：试件1-2的-曲线1-2号试件弹性模量：E=59GPa表3-1-3：试件1-3应变片读数加载次数荷载/KN
7、面积S/mm2应力/MPa应变片1/应变片2/平均应变/158805.681818214118316221011.363636298347322.531517.04545544047845942022.72727357359358352528.409091701696698.563034.09090982678880773539.772727947868907.584045.4545451065932998.594551.13636411829831082.5105056.818182129710191158115562.5141010491229.5126068.18181815221074
8、1298136573.863636163310961364.5147079.545455174411151429.5157585.227273185411331493.5168090.909091196311481555.5图3-1-3：试件1-3的-曲线1-3号试件弹性模量：E=62GPa表3-2-1：试件2-1应变片读数加载次数荷载/KN面积S/mm2应力/MPa应变片1/应变片2/平均应变/158805.681818245936921011.36363671200135.531517.0454559120514842022.72727311335523452528.40909113643
9、1283.563034.090909163516339.573539.77272719058038584045.454545219640429.594551.136364250712481105056.818182280773526.5115562.5311827569126068.181818343884613.5136573.863636378958668147079.5454554121019715.5157585.2272734451080762.5168090.9090914791135807图3-2-1：试件2-1的-曲线2-1号试件弹性模量：E=115GPa表3-2-2：试件2-
10、2应变片读数加载次数荷载/KN面积S/mm2应力/MPa应变片1/应变片2/平均应变/158805.681818223151921011.363636604351.531517.0454551059298.542022.72727315014614852528.409091193202197.563034.09090923625824773539.77272727631629684045.45454531637234494551.136364355429392105056.818182394486440115562.5433542487.5126068.18181847259853513657
11、3.863636511654582.5147079.545455550711630.5157585.227273585767676168090.909091629823726图3-2-2：试件2-2的-曲线2-2号试件弹性模量：E=118GPa表3-2-3：试件2-3应变片读数加载次数荷载/KN面积S/mm2应力/MPa应变片1/应变片2/平均应变/158805.681818222684521011.363636651279631517.04545510818614742022.72727315324319852528.40909120029824963034.090909248351299.
12、573539.77272729740134984045.45454534745139994551.136364398498448105056.818182450546498115562.5504593548.5126068.181818557639598136573.863636610685647.5147079.545455664730697157585.227273718774746168090.909091771819795图3-2-3：试件1-2的-曲线2-3号试件弹性模量：E=113GPa表3-4：总表试件名称弹性模量平均弹性模量1-163GPa61.3GPa1-259GPa1-362GPa2-1115GPa115.3GPa2-2118GPa2-3113GPa四、实验结论 实验结果表明：第一种碳纤维管的强度在340MPa 左右、弹性模量为61.3GPa左右，第二种碳纤维管强度在503MPa左右、弹性模量在115.3GPa左右。两种碳纤维管外观虽然相仿，但第二种大约是第一种的两倍。
