树脂基复合材料疲劳测试标准解读

随着以航天航空、汽车、风电为代表的新能源和高级装备制造业的快速发展，高性能复合材料需求日渐强劲，其动态疲劳力学性能也得到了极大的关注。

复合材料试样

相对于传统的金属材料，树脂基复合材料的疲劳测试既有共同点也有其特别之处，需要额外关注。国内主要采用的测试标准为 GB/T 35465《聚合物基复合材料疲劳性能测试方法》，分为以下6个部分：

第 3-6 部分为具体的试验要求，其中较为常见的是拉-拉疲劳，简单来说，就是采用正弦波在不同的应力/应变水平下进行拉-拉疲劳测试，拟合出疲劳寿命曲线。

01 试样类型

传统试样为两端带加强片的直条型，近年来由于复材成型工艺的不同又发展出哑铃型、四面加工型等试样类型。

建议采用不小于 50mm 宽 75mm 长夹持面积的液压夹具，若测试过程中出现失稳情况，则需采用防失稳工装。

02 试样控制

选取至少 12 个试样，分成 4 个应力（应变）水平进行试验，每组 3 个有效数据，应力（应变）比一般采用 0.1。若夹持端产生破坏则属于无效试验，需进行补充试验。

第一个水平以10⁴循环次数为目标；

第二个水平以 10⁵循环次数为目标；

第三个水平以 5*10⁵循环次数为目标；

第四个水平以 1~2*10⁶循环次数为目标。

简单来说，玻纤增强材料推荐选择静态拉伸强度或失效应变的75%、55%、40%、30%进行试验；碳纤增强材料推荐选择静态拉伸强度或失效应变的80%、65%、55%、45%水平进行试验。

为保证试验有效性，有以下两点需要特别关注：

参照 JJG 556 的疲劳试验机检定规程，同轴度一般要求满足 5%。

纤维增强复合材料由于纤维排列方向的不同，表现出明显的各向异性，因此对加载链的对中度提出了很高的要求。

Instron 8800 系列疲劳试验机在保证较大测试空间以方便操作的同时也提供了更高刚度的机架，避免了试验过程中由于机架变形对结果产生的影响。

结合静压的轴承作动器、作动缸防扭转装置、对中环、高刚度液压夹具等设计，确保系统满足 ASTM E1012 和 NADCAP AC7122 等标准的 5 级对中度。

实时数据显示

控制温度变化，试验过程中监测试样表面温度并记录，若试样温度变化超过10°C，启用散热装置；若散热装置不能降低试样的温度，应重新选择试验频率。

由于疲劳试验的加载水平和频率的不同，复材内部微观结构受挤压的强度和速度也会不同，由此产生的累积热量不同会使样品的温度产生变化。对于热传导性好的材料来说影响不大，但对于树脂基复材来说会对其性能产生较大影响。而且由于该热量是材料内部产生的，采用温度箱之类的辅助设备也无法消除。

行业内通常采用的 5Hz 试验频率，对于低加载水平试验可行，但对于高载荷水平仍会造成较大的升温。同时标准允许的 10°C 温差也会造成材料性能的较大改变。

USB 热电偶输入（4通道）

Instron 的样品温度自适应控制技术，可将实时监测的样品温度作为试验频率的反馈信号，在容差范围内提高测试频率，超出容差范围则降低频率，从而在提高整体测试效率的同时大幅减小由于温差造成的结果离散性。

树脂基复合材料视其最终使用场景有时需要在 -40~200°C 范围内进行中低温试验，或兼顾静态测试、部件级的测试，又或需要进行多轴试验、高应变速率试验等。

Instron 测试解决方案

Instron 的电液伺服疲劳试验系统适用于以上各类如低周和高周疲测试、结构测试及特殊测试，拥有一系列完整的测试解决方案最大轴向载荷范围为 ±25kN 到 ±5000kN，可广泛应用于航空航天、化工、汽车零部件等领域测试。

Instron 高温、高速拉伸测试解决方案及 8800MT 控制器

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