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摘 要

本文主要介紹了復(fù)合材料常見的測試內(nèi)容及相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)。

附錄：本號復(fù)合材料測試領(lǐng)域的專題文章：

《復(fù)合材料壓縮性能的測試內(nèi)容》

《復(fù)合材料剪切性能和損傷容限測試》

《復(fù)合材料拉伸性能和開孔性能測試》

《復(fù)合材料預(yù)浸料粘性測試》

《ASTM D3039 試驗五個注意事項》

《復(fù)合材料夾芯板結(jié)構(gòu)的測試與計算》

《復(fù)合材料沖擊后壓縮強度測試》

通過廣泛的標(biāo)準(zhǔn)化和非標(biāo)準(zhǔn)化機械測試可以來復(fù)合材料的一些性能，常見的測試主要包括拉伸、壓縮、彎曲、剪切、沖擊和疲勞等等。復(fù)合材料的機械測試必須使用能夠在負(fù)載控制、位移控制和應(yīng)變控制等方面進行測試的材料測試系統(tǒng)。

由于復(fù)合材料典型的各向異性特性，測試這些材料面臨的主要挑戰(zhàn)之一是需要開發(fā)各種夾具以提供在不同條件下測試材料的各種方法。在本文中簡要介紹了一些常見測試內(nèi)容及相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)。

單向拉伸試驗（ASTM D638，ISO 527）

單向拉伸試驗中的應(yīng)力（ζ）計算公式如下：

ζ=材料樣品的荷載/面積

應(yīng)變（ε）的計算公式為：ε=δl（長度變化）/l（初始長度）

曲線（E）的初始線性部分的斜率為楊氏模量，由下式給出：

E=（ζ2-ζ1）/（ε2-ε1）

4點彎曲彎曲試驗（ASTM D6272）

四點彎曲試驗測試可提供彎曲彈性模量、彎曲應(yīng)力和彎曲數(shù)據(jù)。該測試與三點彎曲彎曲試驗非常相似。主要區(qū)別在于，增加了第四個用于施加載荷的鼻梁部分，兩個載荷點之間的梁部分處于最大應(yīng)力下。在三點彎曲試驗中，只有加載鼻下的梁部分處于應(yīng)力狀態(tài)。

這種布置有助于測試高剛度材料，如注入陶瓷的聚合物，其中最大應(yīng)力下缺陷的數(shù)量和嚴(yán)重程度與材料的彎曲強度和裂紋萌生直接相關(guān)。與三點彎曲彎曲試驗相比，的四點彎曲彎曲測試在兩個加載銷之間區(qū)域中沒有剪切力。

泊松比試驗（ASTM D3039）

泊松比是用于結(jié)構(gòu)設(shè)計中的最重要參數(shù)之一，其中需要考慮因施加力而導(dǎo)致的所有尺寸變化，特別是3D打印材料。對于該試驗方法，泊松比僅由單軸應(yīng)力產(chǎn)生的應(yīng)變獲得。

該測試通過向試樣施加張力并測量試樣在應(yīng)力下的各種性能來進行測試。兩個應(yīng)變計以0度和90度與試樣連接，以測量橫向應(yīng)變和線性應(yīng)變。橫向應(yīng)變與線性應(yīng)變之比可提供泊松比。

平面壓縮試驗（ASTM D695）

當(dāng)產(chǎn)品在壓縮載荷條件下運行時，3D打印材料的壓縮性能非常重要。測試在垂直于面板平面的方向上進行，因為核心將放置在結(jié)構(gòu)夾層結(jié)構(gòu)中。與壓縮相關(guān)的試驗程序要求在準(zhǔn)靜態(tài)條件下施加變形以消除質(zhì)量和慣性效應(yīng)的試驗條件。

根據(jù)波音BSS 7260修改壓縮試驗：修改后的ASTM D695和波音BSS 7260是使用加載壓縮試驗夾具確定聚合物基復(fù)合材料壓縮強度和剛度的試驗規(guī)范。該試驗程序通過端部加載將壓縮力引入試樣。

軸向疲勞試驗（ASTM D7791，D3479）

ASTM D7791描述了單軸載荷條件下塑料動態(tài)疲勞性能的測定。對剛性或半剛性塑料樣品進行強度加載（程序A）和非壓縮加載剛性塑料樣品（程序B），以確定加工、表面條件、應(yīng)力等對承受大量循環(huán)單軸應(yīng)力的塑料和增強復(fù)合材料的疲勞抗力的影響。結(jié)果適用于研究候選材料的高承載能力。

根據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)，建議測試頻率為5hz或更低，測試可在負(fù)載/應(yīng)力或位移/應(yīng)變控制下進行。該測試方法允許產(chǎn)生作為循環(huán)函數(shù)的應(yīng)力或應(yīng)變，疲勞極限以試樣失效或達(dá)到 10E+07 個循環(huán)為特征。最大和最小應(yīng)力或應(yīng)變水平通過R比定義。

三點彎曲彎曲試驗（ASTM D790）

進行三點彎曲試驗可以了解復(fù)合材料和熱塑性3D打印材料的彎曲應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和應(yīng)變。試樣在水平位置加載，且壓縮應(yīng)力發(fā)生在橫截面的上部，拉伸應(yīng)力發(fā)生于橫截面的下部。這是通過使用圓棒或曲面從下方支撐試樣來實現(xiàn)的。

須提供具有合適半徑的圓棒或支撐件，以便與試樣具有單點或接觸線。載荷由試樣頂面上的圓頭施加。如果試樣關(guān)于其橫截面對稱，則最大拉伸應(yīng)力和壓縮應(yīng)力將相等。該測試夾具和幾何結(jié)構(gòu)提供了加載條件，使試樣在拉伸或壓縮時失效。

對于大多數(shù)復(fù)合材料，抗壓強度低于抗拉強度，試樣將在壓縮表面失效。這種壓縮破壞與單根纖維的局部屈曲（微屈曲）有關(guān)。