彎曲試驗(yàn)是一種模擬構(gòu)件在橫向載荷下受力狀態(tài)的質(zhì)量控制型試驗(yàn)，反映了材料拉伸、壓縮和剪切性能的綜合效應(yīng)。彎曲試驗(yàn)通常采用“三點(diǎn)彎曲”或“四點(diǎn)彎曲”的方式，對(duì)矩形試樣施加載荷，測(cè)量其撓度^①與載荷的關(guān)系。

三點(diǎn)彎曲：三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)是通過(guò)在試樣兩個(gè)支撐點(diǎn)中點(diǎn)施加載荷使其彎曲斷裂，用于檢測(cè)金屬等材料彎曲力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)方法。

四點(diǎn)彎曲：指將試樣放在有一定距離的兩個(gè)受力點(diǎn)（四點(diǎn)彎曲夾具的下半部分）上，形成簡(jiǎn)支梁形式，在受力點(diǎn)的上方有兩個(gè)對(duì)稱的加載點(diǎn)（四點(diǎn)彎曲夾具上半部分）向試樣施加壓力，上下一共有四個(gè)點(diǎn)分別是施力點(diǎn)和受力點(diǎn)，該過(guò)程被稱為四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)。

復(fù)合材料同樣也可以通過(guò)彎曲試驗(yàn)來(lái)測(cè)定其力學(xué)性能。

我國(guó)針對(duì)復(fù)合材料彎曲試驗(yàn)制定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要有：GB/T 3356-2014《定向纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料彎曲性能試驗(yàn)方法》、GB/T 1449-2005《纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗(yàn)方法》等。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織采用ISO 14125《纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料 彎曲性能的測(cè)定》作為復(fù)合材料彎曲試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)依照。

而美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)制定的復(fù)合材料彎曲試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)包括ASTM D790《未增強(qiáng)和增強(qiáng)塑料及電絕緣材料彎曲性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》、ASTM D7264《聚合物基復(fù)合材料彎曲性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》以及ASTM D6272《用四點(diǎn)彎曲法測(cè)定未增強(qiáng)和增強(qiáng)塑料及電絕緣材料撓曲性能的試驗(yàn)方法》等。

不同標(biāo)準(zhǔn)具有特定的適用場(chǎng)景。本文以國(guó)際上常用的3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D790、ASTM D7264、ASTM D6272為例，比較不同標(biāo)準(zhǔn)間的不同。

ASTM D790《非增強(qiáng)和增強(qiáng)塑料及電絕緣材料彎曲性能的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法》是用于測(cè)定塑料與復(fù)合材料彎曲性能的標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法，也是最通用、最常用、應(yīng)用最廣的的復(fù)合材料彎曲試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

該標(biāo)準(zhǔn)適用于非增強(qiáng)和增強(qiáng)塑料，包括長(zhǎng)纖維（如GFRP/CFRP）復(fù)合材料、電絕緣材料等。

該測(cè)試方法主要用于測(cè)定材料的以下性能：

ASTM D6272《用四點(diǎn)彎曲法測(cè)定未增強(qiáng)和增強(qiáng)塑料及電絕緣材料撓曲性能的試驗(yàn)方法》與ASTM D790類似，同樣用于測(cè)定非增強(qiáng)和增強(qiáng)塑料、高模量復(fù)合材料及電絕緣材料的彎曲性能，但依照該標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試需采用“四點(diǎn)彎曲”試驗(yàn)方法，四點(diǎn)彎曲在試樣中部產(chǎn)生純彎曲段（無(wú)剪力），能更好地評(píng)估材料本質(zhì)性能和測(cè)試表面缺陷，

該標(biāo)準(zhǔn)主要用于測(cè)定材料的彎曲彈性模量、割線模量、彎曲強(qiáng)度、彎曲屈服強(qiáng)度、彎曲偏移屈服強(qiáng)度。

ASTM D7264《聚合物基復(fù)合材料彎曲性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》是用于測(cè)定聚合物基復(fù)合材料彎曲性能的權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)，該方法主要適用于高模量纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料（如航空航天級(jí)CFRP），是ASTM D790的“復(fù)合材料專用升級(jí)版”。在測(cè)量時(shí)一般采用四點(diǎn)彎曲，但也可采用三點(diǎn)彎曲，更強(qiáng)調(diào)模量測(cè)量的準(zhǔn)確性，以最小化剪切變形，獲得更純的彎曲應(yīng)力狀態(tài)。

該測(cè)試方法主要用于測(cè)定以下性能：彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、載荷-撓度曲線。

不同試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)設(shè)備要求大致相同，如上述提到的3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)均要求采用精度通過(guò)規(guī)范ASTM E4驗(yàn)證的電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，且試驗(yàn)機(jī)載荷測(cè)量系統(tǒng)的誤差不得超過(guò)預(yù)期測(cè)量最大載荷的±1%，同時(shí)配備撓度測(cè)量裝置。

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3：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：

復(fù)合材料彎曲試驗(yàn)試樣選用因材料和試驗(yàn)方法的不同而不同，依照不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)要注意。

例如根據(jù)ASTM D790的要求，模壓材料（熱塑性和熱固性材料）一般采用橫截面為3.2 mm x 12.7 mm且長(zhǎng)度為127 mm的試樣。

根據(jù)復(fù)合材料彎曲試驗(yàn)的具體方法，可選用三點(diǎn)彎曲夾具或四點(diǎn)彎曲夾具。

另外，夾具支座跨距與材料厚度比（跨厚比）是復(fù)合材料彎曲試驗(yàn)的一項(xiàng)重要參數(shù)，ASTM D790、ASTM D7262規(guī)定試樣跨厚比應(yīng)為16:1。

對(duì)于不同試驗(yàn)材料，跨厚比不同，例如ASTM D790對(duì)于高強(qiáng)度增強(qiáng)復(fù)合材料則要求跨厚比必須大于16:1，甚至可達(dá)到60:1，ASTM D7264要求跨厚比為32:1，目的皆是為了消除試驗(yàn)過(guò)程中剪切對(duì)試樣的影響。

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

復(fù)合材料彎曲試驗(yàn)通常需要配備撓度測(cè)量裝置，包含非接觸式位移計(jì)、撓度計(jì)、LVDT、光柵尺等，在試驗(yàn)時(shí)直接測(cè)量試樣跨距中心的撓度。

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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