摘 要

本文主要介紹了復合材料常見的測試內容及相應的測試標準。

附錄：本號復合材料測試領域的專題文章：

《復合材料壓縮性能的測試內容》

《復合材料剪切性能和損傷容限測試》

《復合材料拉伸性能和開孔性能測試》

《復合材料預浸料粘性測試》

《ASTM D3039 試驗五個注意事項》

《復合材料夾芯板結構的測試與計算》

《復合材料沖擊后壓縮強度測試》

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

由于復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之一是需要開發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容及相應的測試標準。

單向拉伸試驗（ASTM D638，ISO 527）

單向拉伸試驗中的應力（ζ）計算公式如下：

ζ=材料樣品的荷載/面積

應變（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、彎曲應力和彎曲數據。該測試與三點彎曲彎曲試驗非常相似。主要區別在于，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力下。在三點彎曲試驗中，只有加載鼻下的梁部分處于應力狀態。

這種布置有助于測試高剛度材料，如注入陶瓷的聚合物，其中最大應力下缺陷的數量和嚴重程度與材料的彎曲強度和裂紋萌生直接相關。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域中沒有剪切力。

泊松比試驗（ASTM D3039）

泊松比是用于結構設計中的最重要參數之一，其中需要考慮因施加力而導致的所有尺寸變化，特別是3D打印材料。對于該試驗方法，泊松比僅由單軸應力產生的應變獲得。

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

平面壓縮試驗（ASTM D695）

當產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構夾層結構中。與壓縮相關的試驗程序要求在準靜態條件下施加變形以消除質量和慣性效應的試驗條件。

根據波音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合材料壓縮強度和剛度的試驗規范。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、應力等對承受大量循環單軸應力的塑料和增強復合材料的疲勞抗力的影響。結果適用于研究候選材料的高承載能力。

根據ASTM標準，建議測試頻率為5hz或更低，測試可在負載/應力或位移/應變控制下進行。該測試方法允許產生作為循環函數的應力或應變，疲勞極限以試樣失效或達到 10E+07 個循環為特征。最大和最小應力或應變水平通過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合材料和熱塑性3D打印材料的彎曲應力、彎曲應力和應變。試樣在水平位置加載，且壓縮應力發生在橫截面的上部，拉伸應力發生于橫截面的下部。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。如果試樣關于其橫截面對稱，則最大拉伸應力和壓縮應力將相等。該測試夾具和幾何結構提供了加載條件，使試樣在拉伸或壓縮時失效。

對于大多數復合材料，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。