复合材料常见的测试内容及相应标准

zhan_paolo

本文主要介绍了复合材料常见的测试内容及相应的测试标准。

通过广泛的标准化和非标准化机械测试可以来复合材料的一些性能，常见的测试主要包括拉伸、压缩、弯曲、剪切、冲击和疲劳等等。复合材料的机械测试必须使用能够在负载控制、位移控制和应变控制等方面进行测试的材料测试系统。

由于复合材料典型的各向异性特性，测试这些材料面临的主要挑战之一是需要开发各种夹具以提供在不同条件下测试材料的各种方法。在本文中简要介绍了一些常见测试内容及相应的测试标准。

单向拉伸试验(ASTM D638，ISO 527)

单向拉伸试验中的应力(ζ)计算公式如下：

ζ=材料样品的荷载/面积

应变(ε)的计算公式为：ε=δl(长度变化)/l(初始长度)

曲线(E)的初始线性部分的斜率为杨氏模量，由下式给出：

E=(ζ2-ζ1)/(ε2-ε1)

4点弯曲弯曲试验(ASTM D6272)

四点弯曲试验测试可提供弯曲弹性模量、弯曲应力和弯曲数据。该测试与三点弯曲弯曲试验非常相似。主要区别在于，增加了第四个用于施加载荷的鼻梁部分，两个载荷点之间的梁部分处于最大应力下。在三点弯曲试验中，只有加载鼻下的梁部分处于应力状态。

这种布置有助于测试高刚度材料，如注入陶瓷的聚合物，其中最大应力下缺陷的数量和严重程度与材料的弯曲强度和裂纹萌生直接相关。与三点弯曲弯曲试验相比，的四点弯曲弯曲测试在两个加载销之间区域中没有剪切力。

泊松比试验(ASTM D3039)

泊松比是用于结构设计中的最重要参数之一，其中需要考虑因施加力而导致的所有尺寸变化，特别是3D打印材料。对于该试验方法，泊松比仅由单轴应力产生的应变获得。

该测试通过向试样施加张力并测量试样在应力下的各种性能来进行测试。两个应变计以0度和90度与试样连接，以测量横向应变和线性应变。横向应变与线性应变之比可提供泊松比。

平面压缩试验(ASTM D695)

当产品在压缩载荷条件下运行时，3D打印材料的压缩性能非常重要。测试在垂直于面板平面的方向上进行，因为核心将放置在结构夹层结构中。与压缩相关的试验程序要求在准静态条件下施加变形以消除质量和惯性效应的试验条件。

根据波音BSS 7260修改压缩试验：修改后的ASTM D695和波音BSS 7260是使用加载压缩试验夹具确定聚合物基复合材料压缩强度和刚度的试验规范。该试验程序通过端部加载将压缩力引入试样。

轴向疲劳试验(ASTM D7791，D3479)

ASTM D7791描述了单轴载荷条件下塑料动态疲劳性能的测定。对刚性或半刚性塑料样品进行强度加载(程序A)和非压缩加载刚性塑料样品(程序B)，以确定加工、表面条件、应力等对承受大量循环单轴应力的塑料和增强复合材料的疲劳抗力的影响。结果适用于研究候选材料的高承载能力。

根据ASTM标准，建议测试频率为5hz或更低，测试可在负载/应力或位移/应变控制下进行。该测试方法允许产生作为循环函数的应力或应变，疲劳极限以试样失效或达到 10E+07 个循环为特征。最大和最小应力或应变水平通过R比定义。

三点弯曲弯曲试验(ASTM D790)

进行三点弯曲试验可以了解复合材料和热塑性3D打印材料的弯曲应力、弯曲应力和应变。试样在水平位置加载，且压缩应力发生在横截面的上部，拉伸应力发生于横截面的下部。这是通过使用圆棒或曲面从下方支撑试样来实现的。

须提供具有合适半径的圆棒或支撑件，以便与试样具有单点或接触线。载荷由试样顶面上的圆头施加。如果试样关于其横截面对称，则最大拉伸应力和压缩应力将相等。该测试夹具和几何结构提供了加载条件，使试样在拉伸或压缩时失效。

对于大多数复合材料，抗压强度低于抗拉强度，试样将在压缩表面失效。这种压缩破坏与单根纤维的局部屈曲(微屈曲)有关。

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