聚合物基復合材料是由各種纖維和聚合物通過不同成型工藝組合而成的新型復合材料，其既保留了原組成材料的主要特點，又通過復合效應獲得原組成材料不具備的性能。其中纖維主要起增強作用，聚合物樹脂主要起連接纖維和傳遞載荷的作用，而纖維和聚合物樹脂的界面是連接的紐帶，也是載荷傳遞的橋梁，起著非常重要的作用。聚合物基復合材料的比剛度以及比強度較高，抗疲勞性能和耐腐蝕性能優異,且具有可設計性強、成型工藝簡單、過載時安全性能好等優點。目前聚合物基復合材料已廣泛應用于軍事、航空航天、汽車、船舶、電子、無人機、機械、醫療、建筑以及運動器材等領域。

復合材料力學性能測試是聚合物基復合材料產品研制與生產的重要組成部分，對其質量保證和產品驗證起著重要作用。隨著聚合物基復合材料的廣泛使用，其力學性能測試變得越來越重要。測試這些各向異性材料的主要挑戰之一是需要開發各種各樣的夾具，以提供在不同條件下測試材料的各種方法。

單向拉伸試驗（定向）（ASTM D638，ISO 527）

單軸張力中的應力（ζ）根據以下公式計算：

ζ=材料樣品的荷載/面積…………..（1）

應變（ε）根據以下公式計算：

ε=δl（長度變化）/l（初始長度）…………..（2）

曲線（E）的初始線性部分的斜率是楊氏模量，由下式給出：

E=（ζ2-ζ1）/（ε2-ε1）…………..（3）

復合材料的單軸拉伸試驗

三點彎曲試驗（ASTM D790）

通過三點彎曲試驗可以了解復合材料和熱塑性3d打印材料的彎曲強度、彎曲應力和應變。試件處于水平位置加載，其橫截面的上部發生壓應力，下部發生拉應力。這是通過使用圓桿或曲面從下方支撐試樣來實現的。提供具有適當半徑的圓棒或支撐，以便與試樣有一個接觸點或接觸線。

載荷由試樣頂面上的圓頭施加。如果試樣的橫截面對稱，則最大拉伸應力和壓縮應力相等。該試驗夾具和幾何結構提供了加載條件，從而使試樣在拉伸或壓縮時失效。

三點彎曲試驗

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。這種壓縮破壞與單個纖維的局部屈曲（微屈曲）有關。

四點彎曲試驗（ASTM D6272）

四點彎曲試驗

這種安排有助于測試高剛度材料，如陶瓷注入聚合物，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，四點彎曲試驗在兩個加載銷釘之間的區域沒有剪切力。

泊松比試驗（ASTM D3039）

泊松比是用于結構設計的最重要參數之一，所有因受力引起的尺寸變化都需要考慮在內，特別是對于3d打印材料。對于該試驗方法，泊松比僅從單軸應力產生的應變中獲得。

復合材料泊松比試驗（貼應變片法）

參照ASTM D3039標準，通過向試樣施加拉力并測量試樣在應力下的各種性能來進行測試。兩個應變片以0度和90度的角度連接到試樣上，以測量橫向應變和線性應變。橫向應變和線性應變的比值提供了泊松比。

平面壓縮試驗（ASTM D695）

當產品在壓縮載荷條件下工作時，3d打印材料的壓縮性能非常重要。測試是在與面平面垂直的方向進行的，因為試樣將放置在結構夾層結構中。與壓縮有關的測試程序要求在準靜態條件下應用變形，消除質量和慣性效應。

復合材料壓縮試驗

與壓縮相關的試驗程序要求在準靜態條件下施加變形，從而消除質量和慣性效應的試驗條件。

根據波音BSS 7260標準，修改后的ASTM D695和波音BSS 7260作為測試規范，可使用加載壓縮測試夾具確定聚合物基復合材料的抗壓強度和剛度。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和D3479）

ASTM D7791描述了單軸加載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），對剛性塑料樣品施加非壓縮加載（程序B），以確定加工、表面條件、應力等對承受大量單軸應力的塑料和增強復合材料的抗疲勞性的影響。該結果可用于候選材料高承載性能的研究。ASTM建議測試頻率為5hz或更低。

測試可以在負載/應力或位移/應變控制下進行。該試驗方法允許應力或應變的產生作為循環的函數，疲勞極限的特征是試件的破壞或達到10E+07循環。通過R比率定義最大和最小應力或應變水平。

復合材料的軸向疲勞試驗

剪切性能測試（ASTM D2344/和D3518）

常用聚合物基復合材料剪切性能的測試方法主要有層間剪切測試、面內剪切測試、搭接剪切測試、V型缺口梁剪切試驗以及V型缺口軌道剪切試驗等。

層間剪切測試主要考察復合材料層與層之間的最大剪切應力，被廣泛用于評價復合材料纖維與樹脂之間界面的結合強度由于加載處存在峰值應力，因此該方法并不能反映材料真正的剪切性能，測試結果為表觀剪切應力，且該測試方法跨距與厚度比很小，受力遠大于3點彎曲。

面內剪切測試采用纖維方向和載荷呈±45°的拉伸或壓縮性能測試，且適合剪切變形小于5%的情況，也較多地用于評價復合材料纖維與樹脂之間的界面結合強度。測試過程中的橫縱向應變測試普遍采用的是應變片，導致測試結果準確性受人為因素的影響較大。

搭接剪切測試主要用于確定兩層合板之間的黏合剪切強度，測試結果為面內剪切強度。測試為雙邊簡單搭接和溝槽搭接測試。該類測試中的制樣過程較復雜。

V型缺口梁剪切試驗通過特制夾具實現壓縮加載的測試，通常用于高模量纖維或者織物的壓縮剪切測試，在測試過程中，纖維應該平行或垂直于加載方向，應變片黏貼在剪切面45°方向上，因而應變片黏貼的方法和位置對測試結果影響較大。

V型缺口軌道剪切試驗的測試方法為通過特制夾具以及拉伸加載方式將剪切力傳入試樣，纖維需要平行或者垂直加載方向，應變片黏貼在剪切面45°方向上。該方法的夾具安裝過程較復雜，且應變片黏貼的方法和位置對測試結果影響較大。