上期文章向大家講述了復(fù)合材料力學(xué)性能測試的首要試驗方法——拉伸試驗。要想進一步測試復(fù)合材料在壓縮載荷下抵抗壓潰以及保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的能力，就要用到另一種試驗方法：壓縮試驗。

復(fù)合材料壓縮試驗是具有挑戰(zhàn)性的試驗之一，是因為在實際測試時復(fù)合材料的薄壁結(jié)構(gòu)極易發(fā)生“屈曲^①”而非真正的材料破壞，因此壓縮試驗的關(guān)鍵在于避免對試樣施加的載荷引起試樣屈曲。

目前，由于復(fù)合材料種類較多，因此其壓縮試驗存在較多不同體系的標(biāo)準(zhǔn)依照。

例如我國的國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 34559-2017《碳/碳復(fù)合材料壓縮性能試驗方法》、GB/T 33614-2017《三維編織物及其樹脂基復(fù)合材料壓縮性能試驗方法》、GB/T 41955-2022《聚合物基復(fù)合材料多向?qū)雍习鍩o開孔壓縮試驗方法》等。

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的ISO 14544:20 25《高溫下陶瓷復(fù)合材料的機械性能、壓縮性能的測定》、ISO 14126:2023《纖維增強塑料復(fù)合材料 面內(nèi)方向壓縮性能的測定》以及美國材料與試驗協(xié)會的ASTM D6641《使用組合負(fù)荷壓縮(CLC)試驗夾具測定聚合物基體復(fù)合層壓材料的壓縮性的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》、ASTM D3410《具有不支撐規(guī)格的聚合物基質(zhì)復(fù)合材料的壓縮性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》等。

除以上標(biāo)準(zhǔn)以外，德國、英國、法國等諸多國家均有各自關(guān)于復(fù)合材料壓縮試驗的標(biāo)準(zhǔn)方法。國際上通常將ASTM D6641與ASTM D3410作為常用的壓縮試驗方法依據(jù)。

雖然上面列舉的標(biāo)準(zhǔn)均可作為復(fù)合材料壓縮試驗的方法依照，但從不同標(biāo)準(zhǔn)的名稱中可以看出，每個標(biāo)準(zhǔn)的側(cè)重點各有不同。

以常用的ASTM D6641《使用組合負(fù)荷壓縮(CLC)試驗夾具測定聚合物基體復(fù)合層壓材料的壓縮性的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》與ASTM D3410《具有不支撐規(guī)格的聚合物基質(zhì)復(fù)合材料的壓縮性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》為例，兩個標(biāo)準(zhǔn)核心區(qū)別在于試驗時加載方式不同：ASTM D6641采用“端面+剪切”組合加載的加載方式，而ASTM D3410采用的是純剪切加載的方式。

圖1：ASTM D3410純剪切加載原理示意圖??

ASTM D6641的組合加載方式使其在試驗過程中既可以最大程度防止試樣端部壓潰，又能減少剪切應(yīng)力集中的影響，保證應(yīng)力狀態(tài)均衡。

該方法適用于高強度、高模量的連續(xù)纖維增強復(fù)合材料（尤其是單向和層壓板）的壓縮性能測試，具有較廣的材料適用范圍。

ASTM D6641主要用于測定以下性能：

ASTM D3410的純剪切加載方式能夠完全避免對試驗施加端面加載，適用于對端部破壞敏感的高性能復(fù)合材料。該方法專門用于測定高模量纖維增強聚合物基復(fù)合材料面內(nèi)壓縮性能。

該方法可測試材料的以下性能：極限抗壓強度、極限壓縮應(yīng)變、壓縮彈性模量、壓縮弦線模量、壓縮泊松比、過渡應(yīng)變、割線模量。

對于使用標(biāo)準(zhǔn)試樣并按照ASTM D6641、ASTM D3410標(biāo)準(zhǔn)進行的壓縮試驗，以及纖維增強塑料的許多其他標(biāo)準(zhǔn)化試驗方法，通常使用100kN~300kN電子萬能試驗機即可。

中機試驗為復(fù)合材料性能測試提供一套先進解決方案。

圖2：中機試驗復(fù)合材料拉伸試驗解決方案??

方案采用的中機試驗DF系列電子萬能試驗機，能夠依照GB、ASTM、ISO和其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行復(fù)合材料拉伸試驗，擁有業(yè)界領(lǐng)先的精確性和可靠性：

應(yīng)力-壓縮曲線

圖3：中機試驗解決方案依照ASTM D6641形成的應(yīng)力-壓縮曲線??

力-時間曲線

應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖4：中機試驗解決方案依照ASTM D3410形成的試驗曲線??

在對復(fù)合材料試樣進行壓縮試驗時，應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不同選用恰當(dāng)?shù)膴A具。

例如ASTM D6641指定采用組合載荷壓縮（CLC）夾具，以實現(xiàn)“端面+剪切”組合加載的加載方式；

ASTM D3410則需要采用IITRI夾具，該夾具通過內(nèi)部的楔形塊將試驗機壓板施加的軸向力轉(zhuǎn)化為對試樣平行段（標(biāo)距段）剪切力，實現(xiàn)純剪切加載。

中機試驗為復(fù)合材料壓縮試驗配備多種模塊化夾具，適配多力值、多溫域測試需求。

圖7：中機試驗ASTM D6641專用夾具??

圖8：中機試驗ASTM D3410專用夾具??

不同標(biāo)準(zhǔn)對試樣的要求不同，應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求針對性制備試樣。

例如，ASTM D6641要求試樣選用無加強片或有加強片的矩形條裝層壓板，寬度至少為13mm，厚度必須足以防止歐拉柱屈曲發(fā)生，同時須滿足一定的尺寸和公差要求。

本期文章以ASTM中的兩個標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)了復(fù)合材料性能測試方法中的壓縮試驗，中機試驗復(fù)合材料系列專欄的下一期，我們將為您闡述復(fù)合材料彎曲試驗的相關(guān)內(nèi)容，期待與您繼續(xù)同行。

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