DIN 53293 夹层结构测试——弯曲试验

德国标准化协会 (DIN) 发布的标准“DIN 53293 夹层结构测试——弯曲试验”描述了一种测定夹层复合材料（夹层板）弯曲性能的方法。夹层结构是由以下组件构成的轻质复合材料：

• 两层薄而坚硬的​​外层（表面层或涂层）通常由玻璃纤维增​​强塑料、碳纤维增强塑料、铝或钢等材料制成。
• 例如，中间还有一层较厚、较轻的芯层：
• 轻木
• 蜂窝结构（铝、纸、芳纶或塑料）
• 泡沫材料（例如聚氨酯泡沫、PVC泡沫或铝泡沫）

这些材料广泛应用于对硬度重量比要求极高的行业，包括：

• 航空航天
• 汽车和铁路车辆
• 海事应用
• 建筑和施工（例如，外墙板、冷藏车）
• 风能（转子叶片）
• 运动装备

根据 DIN 53293 标准，弯曲试验用于评估夹芯板在弯曲载荷下的基本力学性能。该试验可提供以下数据：

• 弯曲刚度（弯曲刚度）
• 失效前的最大弯矩或承载能力
• 异常行为
• 失效模式（例如，表面层起皱、芯材滑移失效、表面层压缩/拉伸失效、层分离或加载点下的压痕）

该测试对于质量控制、材料比较、设计验证和轻量化结构研究特别有用。

DIN 53293 标准定义了四点弯曲试验。对于夹层材料，这种试验方式优于三点弯曲试验，原因如下：

• 它会在内部受力点之间产生持续的弯矩。
• 它能最大限度地减少中心区域的剪切应力。
• 与三点式安装相比，它可以减少加载点下方的局部效应（压痕）。

典型的配置如下：

• 矩形试样（尺寸在标准中定义，通常取决于芯材厚度和预期挠度）。
• 它由两个外部支撑点支撑。
• 它通过两个内部点对称加载。
• 该测试通常在半静态条件下进行，直至断裂或达到规定的变形极限。

结果通常包括以下内容：

• 载荷-变形曲线
• 表观弯曲刚度（等效弯曲刚度）
• 临界载荷值
• 观察到的骨折类型

以下标准与 DIN 53293 标准相关：

• 所描述的方法与“ASTM C393 通过梁弯曲测试夹层结构芯材剪切性能的标准试验方法”类似，但不完全相同。
• 适用于一般塑料或纤维增强塑料的相关弯曲试验包括 DIN EN ISO 178（三点弯曲）或 ISO 14125 标准。
• 在某些情况下（例如，纤维增强板），DIN 53293 与 DIN EN ISO 14125 或 EN ISO 178 标准结合使用或进行比较。

即使在发布多年之后，DIN 53293 标准仍然被用作技术文献、测试实验室和产品认证的参考，尤其是在欧洲，用于交通运输和建筑的夹芯板。

简而言之，DIN 53293 标准包含一种用于确定夹层结构（尤其是夹层板）弯曲性能的方法。该方法用于评估夹层复合材料在载荷作用下的刚度、强度和断裂行为。

三明治结构通常由三层组成：

• 顶面：这是薄而耐用的承重层。
• 底面：与顶面共同提供抗弯曲能力。
• 芯材：轻质、厚实，通常具有蜂窝状或泡沫状结构。

这种设计能够在保证高弯曲刚度的同时，实现低重量。

本测试方法的目的是确定以下内容：

• 抗弯强度
• 弯曲模量
• 最大承载能力
• 裂缝类型（地表裂缝、岩心破碎、劈理裂缝等）

该测试通常使用万能试验机进行。测试过程主要包括以下步骤：

• 样品制备：制备特定尺寸的矩形样品。记录样品厚度和芯材类型。
• 加载方式：可采用三点弯曲试验或四点弯曲试验。试验方式可以是载荷控制式或位移控制式。
• 测量：进行以下测量：
• 施加的力
• 中点位移
• 断裂瞬间的最大载荷

此外，还需确定以下参数：

• 弯曲强度：材料在断裂前所能承受的最大应力。
• 弯曲刚度：面板抵抗弯曲的能力。芯材厚度会显著影响该值。
• 损伤模式分析：
• 表面层的拉伸断裂
• 受压侧扭伤
• 核心剪切断裂
• 表面-芯材分离（分层）

DIN 53293 主要应用于以下领域：

• 航空航天
• 汽车
• 海洋
• 建筑（复合外墙板）
• 风力涡轮机叶片

由于夹层结构具有轻质高强的特点，因此本标准中定义的弯曲试验至关重要。该试验之所以关键，是因为……

• 它提供设计验证。
• 它控制着产品质量。
• 它便于材料比较。
• 它提供安全关键数据。

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