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【摘要】在此次创新中运用了电测技术对不同配比的环氧树脂与有机玻璃复合层合梁的弯曲正应力进行了测试，并且基于层合梁弯曲的理论，计算了均布载荷作用下简支层合梁的弯曲正应力。
【关键词】弹性层合梁；电测技术；弯曲正应力；中性轴
1.选题背景
复合材料将两种或多种性质不同的材料组合成一种具有多种性能的材料，新组成的材料的性能优于任何一种基体材料。聚合物复合材料是由诸多聚合树脂制成的多相位材料，它们可产生一种比任何一种独立物质性能都要强的疏松物质，减少成本、减少体积密度或增加美观性；增强聚合物的性能，改善诸如硬度及强度等的机械性能；承载负荷，保护纤维。
多年来，聚合物复合材料在生产生活中得到广泛应用，建筑业成为聚合物复合材料的第二大消费产业，在全球市场消费份额中的比例为35%。在土木结构翻修、式样翻新，作为钢筋混凝土以及较少范围的新型土木结构的替代物方面，聚合物复合材料为其自身树立了实际可行及具有竞争力的形象。聚合物复合结构在战略导弹、战术导弹、运载火箭及航天飞行器的太阳电池阵结构、有效载荷结构、本体结构、桁架结构、热控制系统和压力容器的应用十分广泛且对国家军事水平的发展都有深远意义。
2.方案论证
有关层合梁应力分析的一般理论已有一些研究成果，而弹性层合梁弯曲的Timoshenko理论则为工程计算提供简易可行的理论依据。在材料力学课程中有经典的单层弹性梁的纯弯曲实验，是以验证理论结果为主的。本研究在传统单层弹性梁的纯弯曲实验的基础上，设计和实施了层合梁的弯曲实验。运用电测技术对多层复合物聚合材料层合梁的弯曲正应力进行了测试，并且运用弹性层合梁弯曲的Timoshenko理论，计算了四点弯曲简支层合梁的弯曲正应力分布。
3.研究方法
制作多层复合梁试件
试件采用浇铸的方法做出。试件分组如下表。（EP固化剂与环氧树脂配比1：1为现在市场上最流通的配比。）
组别 EP固化剂与环氧树脂配比 温度 固化时间
A 1：2 15℃ 24h
B 1：1 15℃ 24h
C 2：1 15℃ 24h
在双层聚合物复合材料梁的上表面放置了硬质钢块。通过试验机压头和辅助钢梁将3KN的载荷力施加在变形很小的硬质钢块上，硬质钢块将试验机所加3kN的力分解成两点上各1.5kN的力。
粘贴应变片及桥式电路的搭建
三个层合梁取距离支座l/2处的横截面为弯曲正应力的测试截面。在双金属层合梁的上顶面、下底面各布1个应变片，上、下两层梁的侧表面等距各布3个应变片，共有8个应变片，并用半桥方式接线与应变仪相联。
考虑图b中所示简支层合梁在两点荷载作用下的弯曲。层合梁上下两层的横截面积分别为 和 ，对中性轴（二轴）的转动惯量分别为
上式中， 为中性轴到下层底面的距离，即：
分别为上下两层的材料杨氏模量.假设层合梁横截面变形后仍为平面，根据弹性层合梁弯曲的Timoshenko理论，可以给出在两点力作用下简支层合梁内的弯曲正应力计算公式为：
其中， 为层合梁的等效抗弯刚度， 为点到下层梁底面的距离。
4 研究成果
根据情况，实验值与理论值之间存在一定的误差.引起误差的主要原因有：贴片的定位、应变仪读取以及高分子材料的弹性特点不同于金属材料。另外，理论计算是以理想纯弯曲的平截面假设为前提的，它与双点荷载作用下的横力弯曲实验会有一定偏差.可以看到：双金属层合梁的弯曲正应力的实验测试值比较接近，相互印证了结果的正确性。层合梁的中性轴偏离了几何形心轴，上下层应力分布曲线的斜率不同，在上下层粘合处（界面）弯曲正应力发生了突变，这些都显示了复合材料的基本特征。
5.创新点
1.目前的材料力学经典实验中都是对均质各向同性金属的弹性梁进行弯曲正应力的测试，对于层合梁的弯曲正应力分布并没有涉及，本项目可作为对传统的弹性梁纯弯曲实验的扩展和弯曲正应力公式推导的延伸。
2.聚合物复合材料在航天、导弹等军事领域适用范围极广，有关本项目的研究可以为工程设计提供重要的参考，具有实用意义。
3.实验切合了当今生产生活的趋势：通过探究聚合物复合材料的力学性质提出强度增强、耐用增强的方案，实现材料的可持续发展。
参考文献：
[1]唐晓雯，尚新春，层合梁弯曲正应力的测试与计算[J]，力学与实践：2010，04.
[2]冯消冰，王伟等.2MW风机复合材料叶片材料及工艺研究[J]，玻璃钢/复合材料，2010，（4）：84-88.
[3]罗涵.聚氨酯改性环氧树脂的合成及其复合材料性能研究[J].玻璃钢/复合材料，2011，
【关键词】弹性层合梁；电测技术；弯曲正应力；中性轴
1.选题背景
复合材料将两种或多种性质不同的材料组合成一种具有多种性能的材料，新组成的材料的性能优于任何一种基体材料。聚合物复合材料是由诸多聚合树脂制成的多相位材料，它们可产生一种比任何一种独立物质性能都要强的疏松物质，减少成本、减少体积密度或增加美观性；增强聚合物的性能，改善诸如硬度及强度等的机械性能；承载负荷，保护纤维。
多年来，聚合物复合材料在生产生活中得到广泛应用，建筑业成为聚合物复合材料的第二大消费产业，在全球市场消费份额中的比例为35%。在土木结构翻修、式样翻新，作为钢筋混凝土以及较少范围的新型土木结构的替代物方面，聚合物复合材料为其自身树立了实际可行及具有竞争力的形象。聚合物复合结构在战略导弹、战术导弹、运载火箭及航天飞行器的太阳电池阵结构、有效载荷结构、本体结构、桁架结构、热控制系统和压力容器的应用十分广泛且对国家军事水平的发展都有深远意义。
2.方案论证
有关层合梁应力分析的一般理论已有一些研究成果，而弹性层合梁弯曲的Timoshenko理论则为工程计算提供简易可行的理论依据。在材料力学课程中有经典的单层弹性梁的纯弯曲实验，是以验证理论结果为主的。本研究在传统单层弹性梁的纯弯曲实验的基础上，设计和实施了层合梁的弯曲实验。运用电测技术对多层复合物聚合材料层合梁的弯曲正应力进行了测试，并且运用弹性层合梁弯曲的Timoshenko理论，计算了四点弯曲简支层合梁的弯曲正应力分布。
3.研究方法
制作多层复合梁试件
试件采用浇铸的方法做出。试件分组如下表。（EP固化剂与环氧树脂配比1：1为现在市场上最流通的配比。）
组别 EP固化剂与环氧树脂配比 温度 固化时间
A 1：2 15℃ 24h
B 1：1 15℃ 24h
C 2：1 15℃ 24h
在双层聚合物复合材料梁的上表面放置了硬质钢块。通过试验机压头和辅助钢梁将3KN的载荷力施加在变形很小的硬质钢块上，硬质钢块将试验机所加3kN的力分解成两点上各1.5kN的力。
粘贴应变片及桥式电路的搭建
三个层合梁取距离支座l/2处的横截面为弯曲正应力的测试截面。在双金属层合梁的上顶面、下底面各布1个应变片，上、下两层梁的侧表面等距各布3个应变片，共有8个应变片，并用半桥方式接线与应变仪相联。
考虑图b中所示简支层合梁在两点荷载作用下的弯曲。层合梁上下两层的横截面积分别为 和 ，对中性轴（二轴）的转动惯量分别为
上式中， 为中性轴到下层底面的距离，即：
分别为上下两层的材料杨氏模量.假设层合梁横截面变形后仍为平面，根据弹性层合梁弯曲的Timoshenko理论，可以给出在两点力作用下简支层合梁内的弯曲正应力计算公式为：
其中， 为层合梁的等效抗弯刚度， 为点到下层梁底面的距离。
4 研究成果
根据情况，实验值与理论值之间存在一定的误差.引起误差的主要原因有：贴片的定位、应变仪读取以及高分子材料的弹性特点不同于金属材料。另外，理论计算是以理想纯弯曲的平截面假设为前提的，它与双点荷载作用下的横力弯曲实验会有一定偏差.可以看到：双金属层合梁的弯曲正应力的实验测试值比较接近，相互印证了结果的正确性。层合梁的中性轴偏离了几何形心轴，上下层应力分布曲线的斜率不同，在上下层粘合处（界面）弯曲正应力发生了突变，这些都显示了复合材料的基本特征。
5.创新点
1.目前的材料力学经典实验中都是对均质各向同性金属的弹性梁进行弯曲正应力的测试，对于层合梁的弯曲正应力分布并没有涉及，本项目可作为对传统的弹性梁纯弯曲实验的扩展和弯曲正应力公式推导的延伸。
2.聚合物复合材料在航天、导弹等军事领域适用范围极广，有关本项目的研究可以为工程设计提供重要的参考，具有实用意义。
3.实验切合了当今生产生活的趋势：通过探究聚合物复合材料的力学性质提出强度增强、耐用增强的方案，实现材料的可持续发展。
参考文献：
[1]唐晓雯，尚新春，层合梁弯曲正应力的测试与计算[J]，力学与实践：2010，04.
[2]冯消冰，王伟等.2MW风机复合材料叶片材料及工艺研究[J]，玻璃钢/复合材料，2010，（4）：84-88.
[3]罗涵.聚氨酯改性环氧树脂的合成及其复合材料性能研究[J].玻璃钢/复合材料，2011，