導(dǎo)讀

隨著科技發(fā)展的日新月異，汽車、航天、航空等工業(yè)對(duì)材料性能的要求越來越高，單一材料如金屬、陶瓷、高分子材料幾乎都難以勝任。若將不同性能特點(diǎn)的單一材料復(fù)合起來，取長(zhǎng)補(bǔ)短，則能滿足現(xiàn)代高新技術(shù)的需求。復(fù)合材料既能保持組成材料各自的優(yōu)異特性，又具有組合后的新特性，如比強(qiáng)度和比模量高、抗疲勞和破斷安全性良好、高溫性能優(yōu)良等。

以汽車工業(yè)為例，在車身及主要零部件、汽車結(jié)構(gòu)件、電動(dòng)汽車高壓電池組件等應(yīng)用中，復(fù)合材料可減輕重量實(shí)現(xiàn)汽車輕量化，同時(shí)減少碳排放。在飛機(jī)工業(yè)中，以波音777為例，其機(jī)體結(jié)構(gòu)中復(fù)合材料僅占到約11%，而且主要用于飛機(jī)輔件；但到波音787時(shí)，復(fù)合材料的使用出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，不僅數(shù)量激增，而且開始用于飛機(jī)的主要受力件，如今，波音787的復(fù)合材料用量已占到結(jié)構(gòu)重量的約50% 。因此對(duì)于復(fù)合材料的研究，根據(jù)不同需求測(cè)試評(píng)估各種復(fù)合材料的力學(xué)性能，就顯得尤為重要。

今天，我們一起來看看島津試驗(yàn)機(jī)在復(fù)合材料力學(xué)測(cè)試方面的夾具與應(yīng)用。

1  ASTM D6641組合載荷壓縮測(cè)試

復(fù)合材料不同于以往的均質(zhì)材料，具有各向異性，在承受載荷的應(yīng)力主軸方向呈現(xiàn)出拉伸、壓縮、彎曲、向內(nèi)剪切、向外剪切或兼有上述動(dòng)向的復(fù)雜受力情況。為了提高對(duì)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能預(yù)測(cè)精度，需要采集各種數(shù)據(jù)，因此，在進(jìn)行復(fù)合材料試驗(yàn)時(shí)，對(duì)于分別測(cè)量各斷裂現(xiàn)象的試驗(yàn)方法的要求越來越高。例如根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D6641的組合載荷壓縮（CLC）試驗(yàn)（如下圖）是一種具有剪切和端面載荷組合的試驗(yàn)方法，提供了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度評(píng)估的同時(shí)進(jìn)行彈性模量的測(cè)量。

2  ASTM-D6484 開孔壓縮強(qiáng)度測(cè)試

碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）以其強(qiáng)度高、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。碳纖維具有優(yōu)良的強(qiáng)度特性和高剛度特性，但在開孔時(shí)會(huì)損失很大的強(qiáng)度。復(fù)合材料零部件實(shí)際使用中，常需要開孔與別的部件連接。因此，飛機(jī)上使用的復(fù)合材料，必須對(duì)中心切出一個(gè)孔的試樣的試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估。我們根據(jù)ASTM-D6484對(duì)碳纖維塑料進(jìn)行了開孔壓縮試驗(yàn)。

3  ASTM-D7078  V型切口剪切測(cè)試

為了減少試制次數(shù)，降低新產(chǎn)品開發(fā)的成本，計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）分析被廣泛應(yīng)用。為了提高對(duì)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能預(yù)測(cè)精度，需要采集各種數(shù)據(jù)，因此，在進(jìn)行 CFRP 試驗(yàn)時(shí)，對(duì)于分別測(cè)量各斷裂現(xiàn)象的試驗(yàn)方法的要求越來越高。評(píng)價(jià)復(fù)合材料的試驗(yàn)方法有多種。其中，作為面內(nèi)剪切試驗(yàn)方法，以纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的纖維方向或織物層壓材料為目標(biāo)，在設(shè)有缺口的樣片上取非對(duì)稱的 4 個(gè)點(diǎn)加載彎曲負(fù)荷的Iosipescu法（ASTM D5379），以及在±45?的層壓材料上加載拉伸負(fù)荷的方法（ISO 14129）最為普及。本次試驗(yàn)使用 V-Notched Rail Shear 法（ASTM D7078），能夠穩(wěn)定進(jìn)行面內(nèi)剪切試驗(yàn)。另外，因樣片的測(cè)量部位較大，可同時(shí)適用于無孔樣片及短纖維系列 CFRP 層壓材料的測(cè)量。

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4  其他復(fù)合材料測(cè)試夾具展示

結(jié)語

島津標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)載荷從 1 N到600KN不等，可適應(yīng)各種樣品，如橡膠、塑料、復(fù)合材料、金屬、木材、玻璃陶瓷等材料的板、棒、線、繩等樣品。本文介紹了島津試驗(yàn)機(jī)在復(fù)合材料測(cè)試中主要夾具。另外，島津夾具設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)還可以根據(jù)特殊需求和標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)、定制夾具，以滿足復(fù)合材料行業(yè)客戶需求，提高復(fù)合材料的研究深度和應(yīng)用廣度，同時(shí)助推產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。

撰稿人：楊漢章

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