复合材料的机械性能测试

与传统结构材料相比，聚合物基复合材料（PMC）具有更高的性能和柔韧性。然而，这些优势是以采用多种原材料并通过增加材料复杂性为代价的，因此对于这些材料的测试也带来了一定的挑战。

材料特性的基本表征包括在不同的载荷条件下进行一系列试验——拉伸、压缩、剪切和弯曲。复合材料具有各向异性（即力学性能取决于方向）和不均匀性（即材料成分不均匀，如增强纤维与树脂基体）。对于关键的复合材料应用，通常需要进行其他更复杂的试验来确定材料在使用条件下以及在典型环境中的耐久性。比如，评估航空航天工业复合材料冲击后压缩（CAI）试验、风能行业疲劳载荷以及汽车碰撞防护的高速拉伸试验都很重要。

目前，在复合材料领域业已形成了一系列国际和国家间测试标准（ASTM、EN、ISO、JIS），此外还有一些历史标准仍在使用，如SACMA（高级复合材料供应商协会）和CRAG（复合材料研究咨询小组）等发布的标准。此外，诸如Nadcap等审计机构还进一步定义了样品校准等设备性能标准。以下将讨论几种更常见的复合材料力学试验：

拉伸试验

复合材料层合板的平面内拉伸试验是对复合材料进行的最常见的试验。此外，还对树脂浸渍纤维束（丝束）进行拉伸试验，来确定纤维性能，并对厚度试样（从层压板的厚截面上切下）进行拉伸试验，以确定全厚度性能。

层压板平面内拉伸试验的标准有ASTM D3039、EN 2561和ISO 527-4/5。试样通常与粘结片平行，以防止夹爪损坏材料并导致过早失效。由于可能发生过早的剪切破坏，因此不建议减小轨距截面的宽度；但是，复合材料试件宽度的适当减小，以及带有高摩擦涂层的平夹爪的使用，可以消除对接片的需要。

压缩试验

复合材料层压板压缩试件要么在平行面上具有较短的，无支撑的标距，以防止屈曲；要么具有较长的标距长度，具有侧向支撑以控制屈曲。试验可通过剪切荷载、端部荷载或剪切荷载和端部荷载的组合进行加载。

各种压缩试验标准和夹具是经常使用的，如ASTM D695，ASTM D3410，ASTM D6641和ISO 14126，也可以在液压夹具之间进行压缩试验，前提是它们对齐良好且具有较高的侧向刚度。

剪切试验

层间剪切强度试验（ILSS）或短梁剪切试验（SBS）是使用三点弯曲结构中加载的小试样进行的简单试验。试样厚度与支撑跨距之比沿试样中心线产生剪切破坏。常用的ILSS标准包括ASTM D2344、EN 2563和ISO 14130。ILSS试验提供的是表面强度值，而不是真实的材料特性；尽管如此，它仍是一种有效且广泛使用的比较质量控制测试。

面内剪切性能可通过在纤维方向为±45度的样品上进行拉伸试验来测量。剪切应变由轴向和横向应变测量确定。与ILSS试验一样，由于试样中的应力是剪切应力和轴向应力的组合，因此该试验不能提供剪切性能的真实值。该试验的通用标准包括ASTM D3518和ISO 14129。

通常使用V型缺口样品来确定设计的剪切性能，这些样品会在缺口区域产生纯剪切状态（例如ASTM D7078和ASTM D5379）。

冲击后压缩（CAI）试验

损伤容限是复合材料层压板的一个主要问题，因为不可见的内部分层会导致强度的显著降低。CAI测试主要用于考核材料的损伤容限。CAI试验通常在矩形层压板上进行，并且由两部分组成。

在第一部分中，面板通过升降塔受到受控冲击，然后将面板支撑在夹具中，并承受沿边的压缩载荷，直到失效为止。破坏载荷显示了冲击损伤后面板的剩余强度。CAI标准包括ASTM D7136、ASTM D7137和ISO 18352。

疲劳试验

与复合材料上大量定义明确的“静态”试验相比，层合板疲劳试验的情况更加开放。准确的对准和正确的夹持以避免夹爪附近的损伤很重要，高侧向刚度也很重要，以防止在包括压缩载荷的试验中发生屈曲。

应注意的是，“静态”压缩试验中使用的一些防屈曲导向装置，如果由于摩擦效应而用于循环试验，可能会出现问题。在对聚合物复合材料进行疲劳试验时，最大测试频率通常受到限制试件温度升高的限制。例如，ISO 13003疲劳标准建议的最大温升为10°C。

高速率测试

上文中描述的各种试验类型是在各种标准规定的缓慢应变率下进行的。在某些情况下，例如在获取用于模拟碰撞行为的材料数据时，需要在较高的应变率下进行试验。通常，其目的是在一定的应变率范围内绘制材料的应力-应变图。

因此，可使用带有高速力传感器的升降塔或高速伺服液压试验机进行高速拉伸或压缩试验。在执行这类工作时，伺服液压试验机提供了更灵活的平台，可以在更大的速度范围内进行试验，并且可以在试验期间保持恒定的应变率。

其他机械测试

对于复合材料，还可以使用多种其他标准化的机械测试，其中包括挠曲测试、对带有开孔和闭孔的样品的拉伸和压缩测试、轴承强度测试和层间断裂韧性测试。