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一文詳解復合材料層壓板的拉伸測試要點

更新時間:2025-10-23點擊次數:62

復合材料層壓板在航空航天、汽車、風能及高性能運動器材等行業中發揮著重要作用。由于其各向異性和分層結構,拉伸性能測試是評價復合材料結構強度和設計可靠性的基礎環節,復合材料層壓板的拉伸性能將直接影響結構承載能力和安全性

Composites Tensile Test Explosive Break.png

其中,典型的復合材料層壓板拉伸性能指標包括:

  • 拉伸強度(Tensile Strength

  • 拉伸模量(Tensile Modulus)

  • 泊松比(Poisson's ratio)

  • 斷裂應變(Failure Strain)


這些指標不僅用于材料選型,還關系到復材部件的設計裕度、失效模式和壽命預測。


目前,國內主要采用的拉伸測試標準包括 GB/T 3354、GB/T 1447、ASTM D3039、ISO 527-4/5 等,可幫助研發和測試人員選擇合適的測試規范,但不同標準對應測試材料類型和要求都有區別。


圖片1.png


復合材料層壓板拉伸測試看似簡單,但細節決定成敗。要進行一個可靠、有效的復合材料層壓板拉伸測試,關鍵注意要點涵蓋了從準備到報告的全過程。以下為復合材料層壓板拉伸測試的核心要點。


Part 01

試樣制備階段


嚴格遵守標準

首先用戶需明確并嚴格遵守所選標準(如 ASTM D3039、GB/T 3354、ISO 527-4 等)。標準內容對試樣尺寸、鋪層和數量均有明確規定,任何偏差都會導致數據不可比或無效。



精加工與無損檢測

避免邊緣損傷:需使用水刀或金剛石砂輪切片機進行切割,避免纖維拉毛或基體燒傷。切割后必須對邊緣進行精細打磨(特別針對泊松比測試),從而消除任何微小的缺口或裂紋,這些都是致命的應力集中源。


檢查內部缺陷:在粘貼應變片之前,可使用超聲波掃描等無損檢測方法檢查試樣內部是否存在分層、孔隙等初始缺陷,如發現試樣缺陷應當作廢棄處理。



加強片粘貼

加強片的粘貼目的在于保護試樣在夾持端不被壓碎或產生剪切破壞,確保破壞發生在中間的平行段。


加強片必須與試樣軸心全部對齊,任何歪斜都會引入附加的彎曲應力從而影響彎曲百分比。另外,測試前需確保加強片膠粘劑全部固化,避免測試時加強片脫落。


Part 02

試樣裝夾階段


應變測量選擇

根據標準選擇符合要求的應變源數量,例如 ASTM D3039 和 GB/T 3354 需要至少三個應變源,對此可采用 Instron 擴展應變通道。



應變測量方法

應變片:對于復合材料來說,粘貼式電阻應變片是測量模量和泊松比的常見測量手段,能夠直接測量試樣表面的真實應變。

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傳統夾持式引伸計: 可滿足各標準中關于標距的特定要求。

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光學方法輔助:數字圖像相關法(DIC)能提供全場應變分布,非常適合研究應變集中和破壞起始,是很好的補充手段。

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精確對中夾持

試樣夾持:用戶需確保加強片全部包含在夾面內。


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消除彎曲:建議使用殼體移動自對中楔形夾具保證對中度。裝夾后,可在試樣兩側粘貼背對背的應變片,在低載荷下檢查彎曲度。


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夾持力適中:夾持力過小會導致試樣打滑,過大則會壓碎試樣端部。因此,應按照標準推薦值使用扭矩扳手均勻擰緊夾具。


Part 03

測試執行階段


有效性判斷

破壞位置:這是最重要的判斷依據。有效的破壞必須發生在平行標距段內或其附近的規定范圍內(通常離夾持端一倍寬度以上的位置均為有效)。發生在加強片或夾持處的破壞通常視為無效,數據應舍棄并記錄原因。


破壞模式:觀察并記錄斷口形貌。用戶應當參考對應標準的要求,并記錄在試驗結果中。


典型的有效模式包括:

  • 0° 試樣:纖維斷裂,斷口整齊;

  • 90°  試樣:基體開裂或纖維/基體界面脫粘;

  • ±45°  試樣:明顯的剪切破壞;

  • 出現分層可能意味著工藝問題或測試引入的彎曲。



數據計算

彈性模量計算:根據不同標準在線性段內選取計算區間,避免在初始壓實段和臨近破壞的非線性段進行計算。


統計有效性:復合材料具有固有的分散性,因此單個數據點毫無意義!用戶必須測試至少 5 個有效試樣,匯報平均值、標準偏差和離散系數。離散系數過大(如>5%)通常表明制備或測試過程存在問題。


遵循以上測試要點,才能將試驗系統得到的一個可靠精確的應力應變數據,轉化為可靠、有價值的材料性能參數,為設計、質量控制和科學研究提供堅實依據。


Instron 針對復合材料領域測試擁有豐富的行業經驗,可提供覆蓋多種材料與工況的完整測試方案,配套高精度引伸計和專業軟件,確保測試結果高重復性,符合國際標準并助力材料研發、質量控制與科研應用。

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