上期文章向大家講述了復(fù)合材料力學(xué)性能測(cè)試的首要試驗(yàn)方法——拉伸試驗(yàn)。要想進(jìn)一步測(cè)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(yàn)方法：壓縮試驗(yàn)。

復(fù)合材料壓縮試驗(yàn)是具有挑戰(zhàn)性的試驗(yàn)之一，是因?yàn)樵趯?shí)際測(cè)試時(shí)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(yàn)的關(guān)鍵在于避免對(duì)試樣施加的載荷引起試樣屈曲。

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

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

國(guó)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(jī)械性能、壓縮性能的測(cè)定》、ISO 14126:2023《纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料 面內(nèi)方向壓縮性能的測(cè)定》以及美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)的ASTM D6641《使用組合負(fù)荷壓縮(CLC)試驗(yàn)夾具測(cè)定聚合物基體復(fù)合層壓材料的壓縮性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)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(yàn)方法》等。

除以上標(biāo)準(zhǔn)以外，德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)等諸多國(guó)家均有各自關(guān)于復(fù)合材料壓縮試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法。國(guó)際上通常將ASTM D6641與ASTM D3410作為常用的壓縮試驗(yàn)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(yàn)的方法依照，但從不同標(biāo)準(zhǔn)的名稱(chēng)中可以看出，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的側(cè)重點(diǎn)各有不同。

以常用的ASTM D6641《使用組合負(fù)荷壓縮(CLC)試驗(yàn)夾具測(cè)定聚合物基體復(fù)合層壓材料的壓縮性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)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(yàn)方法》為例，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)核心區(qū)別在于試驗(yàn)時(shí)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(yàn)過(guò)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(qiáng)度、高模量的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（尤其是單向和層壓板）的壓縮性能測(cè)試，具有較廣的材料適用范圍。

ASTM D6641主要用于測(cè)定以下性能：

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

該方法可測(cè)試材料的以下性能：極限抗壓強(qiáng)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(guò)渡應(yīng)變、割線模量。

對(duì)于使用標(biāo)準(zhǔn)試樣并按照ASTM D6641、ASTM D3410標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的壓縮試驗(yàn)，以及纖維增強(qiáng)塑料的許多其他標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)方法，通常使用100kN~300kN電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)即可。

中機(jī)試驗(yàn)為復(fù)合材料性能測(cè)試提供一套先進(jìn)解決方案。

圖2：中機(jī)試驗(yàn)復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)解決方案??

方案采用的中機(jī)試驗(yàn)DF系列電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，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(yàn)，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(jī)試驗(yàn)解決方案依照ASTM D6641形成的應(yīng)力-壓縮曲線??

力-時(shí)間曲線

應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖4：中機(jī)試驗(yàn)解決方案依照ASTM D3410形成的試驗(yàn)曲線??

在對(duì)復(fù)合材料試樣進(jìn)行壓縮試驗(yàn)時(shí)，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(shí)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(guò)內(nèi)部的楔形塊將試驗(yàn)機(jī)壓板施加的軸向力轉(zhuǎn)化為對(duì)試樣平行段（標(biāo)距段）剪切力，實(shí)現(xiàn)純剪切加載。

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

圖7：中機(jī)試驗(yàn)ASTM D6641專(zhuān)用夾具??

圖8：中機(jī)試驗(yàn)ASTM D3410專(zhuān)用夾具??

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

例如，ASTM D6641要求試樣選用無(wú)加強(qiáng)片或有加強(qiáng)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(shí)須滿足一定的尺寸和公差要求。

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

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