樹脂基複合材料疲勞測試標準解讀

更新時間：2025-04-08

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隨著以航天航空、汽車、風電為(wei) 代表的新能源和高級裝備製造業(ye) 的快速發展，高性能複合材料需求日漸強勁，其動態疲勞力學性能也得到了極大的關(guan) 注。

複合材料試樣

相對於(yu) 傳(chuan) 統的金屬材料，樹脂基複合材料的疲勞測試既有共同點也有其特別之處，需要額外關(guan) 注。國內(nei) 主要采用的測試標準為(wei) GB/T 35465《聚合物基複合材料疲勞性能測試方法》，分為(wei) 以下6個(ge) 部分：

第1部分：通則
第2部分：線性或線性化應力壽命 (S-N) 和應變壽命 (ε-N) 疲勞數據的統計分析
第3部分：拉-拉疲勞
第4部分：拉-壓和壓-壓疲勞
第5部分：彎曲疲勞
第6部分：膠粘劑拉伸剪切疲勞

第 3-6 部分為(wei) 具體(ti) 的試驗要求，其中較為(wei) 常見的是拉-拉疲勞，簡單來說，就是采用正弦波在不同的應力/應變水平下進行拉-拉疲勞測試，擬合出疲勞壽命曲線。

01 試樣類型

傳(chuan) 統試樣為(wei) 兩(liang) 端帶加強片的直條型，近年來由於(yu) 複材成型工藝的不同又發展出啞鈴型、四麵加工型等試樣類型。

建議采用不小於(yu) 50mm 寬 75mm 長夾持麵積的液壓夾具，若測試過程中出現失穩情況，則需采用防失穩工裝。

02 試樣控製

選取至少 12 個(ge) 試樣，分成 4 個(ge) 應力（應變）水平進行試驗，每組 3 個(ge) 有效數據，應力（應變）比一般采用 0.1。若夾持端產(chan) 生破壞則屬於(yu) 無效試驗，需進行補充試驗。

第一個(ge) 水平以10⁴循環次數為(wei) 目標；

第二個(ge) 水平以 10⁵循環次數為(wei) 目標；

第三個(ge) 水平以 5*10⁵循環次數為(wei) 目標；

第四個(ge) 水平以 1~2*10⁶循環次數為(wei) 目標。

簡單來說，玻纖增強材料推薦選擇靜態拉伸強度或失效應變的75%、55%、40%、30%進行試驗；碳纖增強材料推薦選擇靜態拉伸強度或失效應變的80%、65%、55%、45%水平進行試驗。

為(wei) 保證試驗有效性，有以下兩(liang) 點需要特別關(guan) 注：

參照 JJG 556 的韦德官方下载檢定規程，同軸度一般要求滿足 5%。

纖維增強複合材料由於(yu) 纖維排列方向的不同，表現出明顯的各向異性，因此對加載鏈的對中度提出了很高的要求。

Instron 8800 係列韦德官方下载在保證較大測試空間以方便操作的同時也提供了更高剛度的機架，避免了試驗過程中由於(yu) 機架變形對結果產(chan) 生的影響。

結合靜壓的軸承作動器、作動缸防扭轉裝置、對中環、高剛度液壓夾具等設計，確保係統滿足 ASTM E1012 和 NADCAP AC7122 等標準的 5 級對中度。

實時數據顯示

控製溫度變化，試驗過程中監測試樣表麵溫度並記錄，若試樣溫度變化超過10°C，啟用散熱裝置；若散熱裝置不能降低試樣的溫度，應重新選擇試驗頻率。

由於(yu) 疲勞試驗的加載水平和頻率的不同，複材內(nei) 部微觀結構受擠壓的強度和速度也會(hui) 不同，由此產(chan) 生的累積熱量不同會(hui) 使樣品的溫度產(chan) 生變化。對於(yu) 熱傳(chuan) 導性好的材料來說影響不大，但對於(yu) 樹脂基複材來說會(hui) 對其性能產(chan) 生較大影響。而且由於(yu) 該熱量是材料內(nei) 部產(chan) 生的，采用溫度箱之類的輔助設備也無法消除。

行業(ye) 內(nei) 通常采用的 5Hz 試驗頻率，對於(yu) 低加載水平試驗可行，但對於(yu) 高載荷水平仍會(hui) 造成較大的升溫。同時標準允許的 10°C 溫差也會(hui) 造成材料性能的較大改變。

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Instron 的樣品溫度自適應控製技術，可將實時監測的樣品溫度作為(wei) 試驗頻率的反饋信號，在容差範圍內(nei) 提高測試頻率，超出容差範圍則降低頻率，從(cong) 而在提高整體(ti) 測試效率的同時大幅減小由於(yu) 溫差造成的結果離散性。

樹脂基複合材料視其最終使用場景有時需要在 -40~200°C 範圍內(nei) 進行中低溫試驗，或兼顧靜態測試、部件級的測試，又或需要進行多軸試驗、高應變速率試驗等。

Instron 測試解決方案

Instron 的電液伺服疲勞試驗係統適用於(yu) 以上各類如低周和高周疲測試、結構測試及特殊測試，擁有一係列完整的測試解決(jue) 方案最大軸向載荷範圍為(wei) ±25kN 到 ±5000kN，可廣泛應用於(yu) 航空航天、化工、汽車零部件等領域測試。

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