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抗剪切強(qiáng)度試驗(yàn)檢測

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發(fā)布時(shí)間：2025-08-01 01:56:27 更新時(shí)間：2025-07-31 01:56:28

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

抗剪切強(qiáng)度試驗(yàn)檢測

抗剪切強(qiáng)度是評估材料或結(jié)構(gòu)連接件在抵抗平行于其作用面方向的外力時(shí)，發(fā)生相對滑移或斷裂能力的重要力學(xué)性能指標(biāo)。它在土木工程（地基、樁基、擋土墻）、機(jī)械工程（鉚接、螺栓連接）、航空航天（復(fù)合材料層合板、粘接接頭）以及材料科學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。剪切破壞往往是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)突然失效的主要模式之一，因此準(zhǔn)確測定材料的抗剪切強(qiáng)度對于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安全評估和質(zhì)量控制至關(guān)重要。

檢測項(xiàng)目

抗剪切強(qiáng)度試驗(yàn)的核心檢測項(xiàng)目通常包括：

1. 極限剪切強(qiáng)度 (Ultimate Shear Strength)：材料或接頭在剪切載荷作用下所能承受的最大應(yīng)力值，即發(fā)生破壞時(shí)的峰值應(yīng)力。

2. 剪切屈服強(qiáng)度 (Shear Yield Strength)：對于具有明顯屈服點(diǎn)的塑性材料，指其在剪切變形過程中產(chǎn)生規(guī)定微小塑性變形（通常為0.2%）時(shí)所對應(yīng)的剪切應(yīng)力。

3. 剪切模量/剛度 (Shear Modulus/Stiffness)：評估材料在彈性范圍內(nèi)抵抗剪切變形的能力，通常通過載荷-位移曲線的初始斜率計(jì)算得出。

4. 破壞模式分析：觀察和記錄試樣在剪切載荷作用下的失效形式和位置（如材料自身剪切斷裂、粘接界面剝離、鉚釘剪斷、螺栓彎曲/剪切等），這對于理解失效機(jī)理和改進(jìn)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

檢測儀器

進(jìn)行抗剪切強(qiáng)度試驗(yàn)主要依賴于以下儀器設(shè)備：

1. 萬能材料試驗(yàn)機(jī) (Universal Testing Machine, UTM)：最核心的設(shè)備，提供可控的拉伸或壓縮載荷。根據(jù)試樣類型和標(biāo)準(zhǔn)要求，需配備專用的剪切夾具。

2. 剪切夾具 (Shear Fixtures)：種類繁多，是試驗(yàn)成敗的關(guān)鍵，必須嚴(yán)格符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。常見類型有：

單剪切夾具：用于測試單面受剪的緊固件（如螺栓、鉚釘）或小試樣。
雙剪切夾具：試樣兩側(cè)同時(shí)受剪，常用于緊固件或標(biāo)準(zhǔn)塊狀試樣（如ASTM D732），能提供更均勻的應(yīng)力分布。
搭接剪切夾具 (Lap Shear Fixture)：主要用于測試粘接接頭或復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度（如ASTM D5868, ASTM D1002）。上下夾頭分別夾持被粘物的兩端。
V型缺口剪切夾具 (Iosipescu Fixture)：常用于測定復(fù)合材料的平板面內(nèi)剪切強(qiáng)度（如ASTM D5379），通過在試樣中部引入V型缺口引導(dǎo)剪切破壞。
穿孔剪切夾具 (Punch Tool)：用于薄板或薄膜材料的剪切測試（如ASTM D732）。

3. 載荷傳感器 (Load Cell)：精確測量施加在試樣上的力。

4. 位移傳感器/引伸計(jì) (Displacement Transducer/Extensometer)：測量試樣在載荷作用下的變形或夾具間的相對位移。對于高精度測量剪切模量，可能需要在試樣特定位置安裝專門的引伸計(jì)。

5. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (Data Acquisition System)：實(shí)時(shí)記錄載荷、位移、時(shí)間等信號，并生成載荷-位移曲線。

檢測方法

抗剪切強(qiáng)度試驗(yàn)的具體方法步驟依據(jù)所采用的標(biāo)準(zhǔn)和試樣類型而有所不同，但一般遵循以下流程：

1. 試樣制備：嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，制備具有特定尺寸、形狀和加工要求的試樣。表面處理（如清潔、打磨）對粘接接頭尤其重要。

2. 安裝試樣：將試樣正確、穩(wěn)固地安裝在選定的剪切夾具中，確保載荷作用線通過預(yù)期的剪切平面，避免引入彎曲或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。

3. 安裝傳感器：根據(jù)需要安裝載荷傳感器和位移傳感器（引伸計(jì)）。

4. 設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)：在試驗(yàn)機(jī)控制軟件中設(shè)置試驗(yàn)類型（如拉伸/壓縮控制）、加載速率（通常以 mm/min 表示，需符合標(biāo)準(zhǔn)要求）、數(shù)據(jù)采樣頻率等。

5. 進(jìn)行試驗(yàn)：啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，以恒定速率對試樣施加剪切載荷，直至試樣破壞。過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控載荷和位移數(shù)據(jù)。

6. 數(shù)據(jù)記錄與觀察：

記錄破壞時(shí)的最大載荷 (F_max)。
觀察并記錄試樣的破壞模式（剪切斷裂位置、界面失效等）。
記錄載荷-位移曲線。

7. 結(jié)果計(jì)算：

極限剪切強(qiáng)度 (τ_ult): τ_ult = F_max / A_s (單位：MPa 或 psi)。其中 A_s 為承受剪切作用的有效面積（需根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定精確計(jì)算）。
剪切屈服強(qiáng)度 (τ_y)：根據(jù)載荷-位移曲線，確定產(chǎn)生規(guī)定塑性變形量（如0.2%）時(shí)的剪切應(yīng)力。
剪切模量 (G)：通過載荷-位移曲線的初始線性段的斜率計(jì)算，G = τ / γ = (F/A_s) / (δ/L) (其中δ為剪切位移，L為剪切面有效長度)。

8. 報(bào)告：整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)、破壞模式照片、載荷-位移曲線圖，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求編寫包含試樣信息、試驗(yàn)條件、結(jié)果數(shù)據(jù)和結(jié)論的完整試驗(yàn)報(bào)告。

檢測標(biāo)準(zhǔn)

抗剪切強(qiáng)度試驗(yàn)必須嚴(yán)格遵循國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以確保結(jié)果的可靠性和可比性。常見標(biāo)準(zhǔn)包括：

通用與金屬材料：

ASTM B831：金屬線材管材扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)測定剪切強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法 (替代單剪試驗(yàn))。
GB/T 6396-2008：復(fù)合鋼板力學(xué)及工藝性能試驗(yàn)方法 (包含剪切試驗(yàn))。
GB/T 228.1-2021：金屬材料拉伸試驗(yàn) 第1部分：室溫試驗(yàn)方法 (可參考或引申用于計(jì)算)。
ISO 7965:2019：包裝袋跌落試驗(yàn) (包含剪切強(qiáng)度評估)。

緊固件：