岛津试验机丨夹具世界系列之复合材料测试

导读

随着科技发展的日新月异，汽车、航天、航空等工业对材料性能的要求越来越高，单一材料如金属、陶瓷、高分子材料几乎都难以胜任。若将不同性能特点的单一材料复合起来，取长补短，则能满足现代高新技术的需求。复合材料既能保持组成材料各自的优异特性，又具有组合后的新特性，如比强度和比模量高、抗疲劳和破断安全性良好、高温性能优良等。

以汽车工业为例，在车身及主要零部件、汽车结构件、电动汽车高压电池组件等应用中，复合材料可减轻重量实现汽车轻量化，同时减少碳排放。在飞机工业中，以波音777为例，其机体结构中复合材料仅占到约11%，而且主要用于飞机辅件；但到波音787时，复合材料的使用出现了质的飞跃，不仅数量激增，而且开始用于飞机的主要受力件，如今，波音787的复合材料用量已占到结构重量的约50% 。因此对于复合材料的研究，根据不同需求测试评估各种复合材料的力学性能，就显得尤为重要。

今天，我们一起来看看岛津试验机在复合材料力学测试方面的夹具与应用。

1  ASTM D6641组合载荷压缩测试

复合材料不同于以往的均质材料，具有各向异性，在承受载荷的应力主轴方向呈现出拉伸、压缩、弯曲、向内剪切、向外剪切或兼有上述动向的复杂受力情况。为了提高对所设计产品的性能预测精度，需要采集各种数据，因此，在进行复合材料试验时，对于分别测量各断裂现象的试验方法的要求越来越高。例如根据标准ASTM D6641的组合载荷压缩（CLC）试验（如下图）是一种具有剪切和端面载荷组合的试验方法，提供了实现强度评估的同时进行弹性模量的测量。

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2 ASTM-D6484 开孔压缩强度测试

碳纤维增强塑料（CFRP）以其强度高、重量轻等优点，在航空航天领域得到了广泛的应用。碳纤维具有优良的强度特性和高刚度特性，但在开孔时会损失很大的强度。复合材料零部件实际使用中，常需要开孔与别的部件连接。因此，飞机上使用的复合材料，必须对中心切出一个孔的试样的试验进行评估。我们根据ASTM-D6484对碳纤维塑料进行了开孔压缩试验。

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3 ASTM-D7078  V型切口剪切测试

为了减少试制次数，降低新产品开发的成本，计算机辅助工程（CAE）分析被广泛应用。为了提高对所设计产品的性能预测精度，需要采集各种数据，因此，在进行 CFRP 试验时，对于分别测量各断裂现象的试验方法的要求越来越高。评价复合材料的试验方法有多种。其中，作为面内剪切试验方法，以纤维强化复合材料的纤维方向或织物层压材料为目标，在设有缺口的样片上取非对称的 4 个点加载弯曲负荷的Iosipescu法（ASTM D5379），以及在±45˚的层压材料上加载拉伸负荷的方法（ISO 14129）最为普及。本次试验使用 V-Notched Rail Shear 法（ASTM D7078），能够稳定进行面内剪切试验。另外，因样片的测量部位较大，可同时适用于无孔样片及短纤维系列 CFRP 层压材料的测量。

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4  其他复合材料测试夹具展示

结语

岛津标准试验机，试验载荷从 1 N到600KN不等，可适应各种样品，如橡胶、塑料、复合材料、金属、木材、玻璃陶瓷等材料的板、棒、线、绳等样品。本文介绍了岛津试验机在复合材料测试中主要夹具。另外，岛津夹具设计团队还可以根据特殊需求和标准，设计、定制夹具，以满足复合材料行业客户需求，提高复合材料的研究深度和应用广度，同时助推产业结构优化升级，实现绿色发展。

撰稿人：杨汉章

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