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摘 要

本文將介紹用于復(fù)合材料拉伸性能測(cè)試的ASTM D3039五個(gè)注意事項(xiàng)。

ASTM D3039測(cè)試方法是聚合物基復(fù)合材料拉伸測(cè)試的最佳選擇，因?yàn)樗m用于的領(lǐng)域非常廣泛，可用于確定拉伸強(qiáng)度、模量和泊松比的設(shè)計(jì)允許值。

此外，ASTM D3039可用作復(fù)合纖維外包覆應(yīng)用的質(zhì)量控制工具。在這些應(yīng)用中，復(fù)合材料覆蓋層應(yīng)用于混凝土柱，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以進(jìn)行抗震加固。ASTM D3039測(cè)試應(yīng)用的抗拉強(qiáng)度，可以提供證據(jù)證明立柱已按照制造商的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加固。

ASTM D3039標(biāo)準(zhǔn)的誕生

幾十年前，復(fù)合材料生產(chǎn)商面臨一個(gè)問(wèn)題：當(dāng)需要測(cè)試其產(chǎn)品的強(qiáng)度和安全性時(shí)，唯一可用的測(cè)試方法是塑料行業(yè)制定的標(biāo)準(zhǔn)。因此，各個(gè)航空航天公司制定了自己的專有標(biāo)準(zhǔn)來(lái)滿足其需求。

為了獲得代表材料的拉伸性能，并努力實(shí)現(xiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，ASTM D30委員會(huì)制定了ASTM D3039，這是聚合物基復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)的共識(shí)標(biāo)準(zhǔn)。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，本規(guī)范已發(fā)展成為當(dāng)今使用的最流行的復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

五個(gè)注意事項(xiàng)

在開(kāi)始使用ASTM D3039測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試之前，需要考慮一些因素，包括材料類型、面板厚度、試樣加工以及適當(dāng)?shù)臏y(cè)試控制。

1、了解適用的材料類型

ASTM D3039測(cè)試方法專門針對(duì)連續(xù)纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料（即含有增強(qiáng)纖維如碳纖維、芳綸纖維等的聚合物材料）?；w材料包括環(huán)氧樹(shù)脂、雙馬來(lái)酰亞胺（BMIs）、聚酰胺和熱塑性塑料（如PEEK）。

如果材料不是連續(xù)纖維增強(qiáng)，那么ASTM D638通常是一種更合適的測(cè)試方法。同樣，陶瓷基復(fù)合材料通常按照ASTM C1359進(jìn)行測(cè)試，而金屬基復(fù)合材料則按照ASTM E8進(jìn)行測(cè)試。

2、試樣厚度

ASTM D3039試樣通常由平板固化板加工而成。理想情況下，面板應(yīng)介于0.040英寸和0.200英寸之間，具體取決于鋪層設(shè)計(jì)。

如果材料厚度較厚，試樣在達(dá)到材料的真實(shí)抗拉強(qiáng)度之前可能在夾持區(qū)域或內(nèi)部發(fā)生剪切破壞。如果樣品厚度較小，試樣都會(huì)受到其他環(huán)境因素的影響，如夾具上的表面應(yīng)力。

3、試樣加工

正確加工ASTM D3039試樣對(duì)于獲得具有低分散性的材料代表性結(jié)果至關(guān)重要。試樣為矩形，橫截面厚度均勻。

最佳做法是打磨每個(gè)試樣的邊緣，以確保平行度和良好的表面光潔度。加工時(shí)，纖維方向必須要控制在0.5度范圍內(nèi)。

4、試樣的標(biāo)簽

為了準(zhǔn)確測(cè)定復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度，量規(guī)區(qū)域必須具有幾乎均勻的應(yīng)力分布。使用端部凸耳有助于以均勻的方式將載荷從夾具引入試樣。

通過(guò)仔細(xì)對(duì)齊的液壓夾具和適當(dāng)?shù)膴A持面，可以更有效地測(cè)試編織復(fù)合材料、90度膠帶和+/-45度鋪層，而無(wú)需使用貼片。零度膠帶薄片試樣最好用錐形片進(jìn)行測(cè)試。無(wú)論所使用的凸耳類型如何，試驗(yàn)機(jī)夾具都應(yīng)伸出試樣凸耳的末端。

5、測(cè)試對(duì)準(zhǔn)和控制

試驗(yàn)機(jī)夾具對(duì)準(zhǔn)對(duì)于通過(guò)ASTM D3039試驗(yàn)獲得準(zhǔn)確結(jié)果也至關(guān)重要。通常使用液壓加載夾具。夾具的對(duì)齊通過(guò)使用一根帶有9個(gè)應(yīng)變計(jì)的桿調(diào)整和驗(yàn)證，確保載荷完全是拉伸的而沒(méi)有彎曲。

應(yīng)變可以用校準(zhǔn)的引伸計(jì)或應(yīng)變計(jì)測(cè)量。雙軸應(yīng)變測(cè)量用于獲得泊松比。整個(gè)載荷系可在環(huán)境室中加熱或冷卻，因此可從低溫到材料降解溫度表征拉伸性能。