一文詳解復合材料層壓板的拉伸測試要點

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(yè)中發(fā)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(huán)節(jié)，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。

其中，典型的復合材料層壓板拉伸性能指標包括：

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(nèi)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(fā)和測試人員選擇合適的測試規(guī)范，但不同標準對應測試材料類型和要求都有區(qū)別。

復合材料層壓板拉伸測試看似簡單，但細節(jié)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。

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(nèi)容對試樣尺寸、鋪層和數(shù)量均有明確規(guī)定，任何偏差都會導致數(shù)據(jù)不可比或無效。

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(nèi)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(nèi)部是否存在分層、孔隙等初始缺陷，如發(fā)現(xiàn)試樣缺陷應當作廢棄處理。

加強片的粘貼目的在于保護試樣在夾持端不被壓碎或產(chǎn)生剪切破壞，確保破壞發(fā)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。

根據(jù)標準選擇符合要求的應變源數(shù)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。

傳統(tǒng)夾持式引伸計： 可滿足各標準中關于標距的特定要求。

光學方法輔助：數(shù)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。

試樣夾持：用戶需確保加強片全部包含在夾面內(nèi)。

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(cè)粘貼背對背的應變片，在低載荷下檢查彎曲度。

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。

破壞位置：這是最重要的判斷依據(jù)。有效的破壞必須發(fā)生在平行標距段內(nèi)或其附近的規(guī)定范圍內(nèi)（通常離夾持端一倍寬度以上的位置均為有效）。發(fā)生在加強片或夾持處的破壞通常視為無效，數(shù)據(jù)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：