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了解复合材料压缩试验方法

03/27/20

复合材料的压缩性能受树脂和纤维树脂界面的影响，往往决定着零件的总体设计、尺寸和重量。复合材料压缩试验是筛选新材料和保持质量控制的关键。乐动娱乐官网

复合材料压缩试验的目的是将压缩力驱动到均匀的计量区域，而不会导致试件其他部分的过早失效或不当失效模式。随着复合材料越来越先进，获得一个通用的压缩试验标准提出了挑战。乐动娱乐官网

复合材料测试通常遵循ASTM或ISO方法，但组织有时会开发专有的测试方法。各种技术可能呈现不同的结果，因此仔细记录试验方法和结果对于理解材料特性至关重要。

现有的复合材料压缩试验方法根据材料在试验框架上的加载方式分为三类：弯曲、剪切和端部加载。乐动娱乐官网

弯曲压缩试验

ASTM D5467和ASTM D7249记录了复合材料压缩性能最常用的两种弯曲试验方法。

弯曲荷载采用夹层梁结构进行试验，其中一面受压，另一面受拉。压缩面通常由较薄的面板构成，以便梁在压缩时首先失效。

在制作试样时，应选择跨度、芯材、厚度和粘合剂，以确保达到正确的破坏模式（压缩面）。压缩面上的应变计用于测量模量、泊松比和应变与破坏。

剪切加载压缩试验

有些方法对试样的标准面积施加剪切载荷。第一种方法，通常称为塞拉尼斯压缩法，通过楔形物加载样品，楔形物由锥形夹具夹紧。标本是矩形的，通常有标签。塞拉尼斯压缩最初是指在ASTM D3410标准，但后来已被删除。根据ASTM标准，塞拉尼斯试样的宽度一般限制在0.25英寸，而根据ISO 14126，则限制在10毫米。总长度为5.5英寸，无支撑长度为0.5英寸。

虽然塞拉尼斯压缩通常被认为是过时的，它有时被要求与历史数据进行比较。对于这种方法，材料厚度是一个重要的考虑因素，必须在规定的狭窄范围内，这允许楔形物与锥体正确固定。

ASTM D3410的当前版本通常被称为IITRI方法，该方法是为了缓解塞拉尼斯方法中的一些弱点而开发的。IITRI夹具又大又重，在极端温度下使用会带来挑战。本方法中使用的试样宽度可达1英寸，长度为5.5英寸，无支撑长度为0.5英寸。楔子通过矩形底座加载，因此试样的总厚度不像塞拉尼斯法那样重要。但是，计量区域内的材料必须足够厚，以防止欧拉屈曲。大多数数据用户都同意，由于材料中存在大量无支撑长度，因此该试验提供了压缩应力结果。

端载压缩试验

塑料通常采用ASTM D695中描述的端部加载方法进行测试。这种方法允许对横截面为正方形或圆形的棱镜施加端部载荷。也可使用狗骨形扁平试样，并将其加载在防止屈曲的侧支撑夹具中。

先进复合材料协会（SACMA）的供应商采用并正式确定了一种使用0.188英乐动娱乐官网寸标距试样的行业惯例。由于标距长度较短，样品通常具有较高的表观抗压强度。由于所有这些试件都是端部加载的，因此端部必须平坦且平行，以获得相关结果。如果试样不合格或在端部扫毛，则结果应视为无效。

此外，如果施加在将试样固定在夹具上的螺栓上的扭矩水平过高，则试验结果可能无效。由于短标距长度和侧支撑夹具摩擦的可变性，该方法的进一步标准化进展缓慢。

剪切和端载压缩试验的组合

持续的夹具开发导致了组合加载压缩夹具。ASTM D6641描述了适当的夹具和试验方法。
与之前的方法一样，标称试样长度为5.5英寸，无支撑长度为0.5英寸。通过将夹具的端部夹在方形端部之间，使试样承受端部和剪切载荷的组合。

组合加载压缩夹具比IITRI夹具更小，更易于使用。必须小心地将夹具螺栓拧紧至均匀的规定水平。采用背靠背应变计对试样进行应变测量，以监测欧拉屈曲。弯曲百分比与试验数据一起报告，可用于排除异常数据。

对于复合材料设计，通常需要孔的压缩值来模拟应力立管。ASTM D6484是获得这些值的方法。

复合材料压缩试验方法的比较

试验	标称试样	无支撑标距	临界参数	评论
ASTM D5467和D7249	24“X 1”粘接到夹芯梁上	0”	试样均匀性	昂贵的样品制造和很少使用。
ASTM D3410（IITRI）	5.5英寸X 1英寸	0.5”	制表符对称性	大型重型固定装置
ASTM D695标准	3.13英寸X 0.5英寸狗骨	0”	端部平整度	仅适用于编织材料乐动娱乐官网
SACMA SRM 1R-94型	3.13英寸X 0.5英寸标签	0.188”	端部平整度、夹具扭矩	提供更高的相对值
ASTM D6641标准	5.5英寸X 0.5英寸或1英寸	0.5”	端部平整度、夹具扭矩	最常用的方法，长度不受支持，更易于使用