复合材料因其轻质高强、可设计性强等优异性能，已成为航空航天、轨道交通、风电叶片、汽车轻量化等领域的核心材料。然而，复合材料的各向异性与多相结构，使其力学性能测试远比金属材料复杂。作为第三方检测机构，我们为您系统梳理复合材料力学测试的核心方法、执行步骤与关键标准。

一、复合材料力学测试的主要类型

根据材料在实际服役中承受的载荷形式，复合材料力学测试通常分为以下四大类：

二、复合材料力学测试的标准执行流程

无论进行哪种力学测试，规范的操作流程是确保数据准确性和可重复性的基础。

第一步：试样制备——数据准确性的基石

复合材料的性能高度依赖于纤维方向、铺层顺序和成型工艺。试样制备需严格遵循以下原则：

• 取样方向：明确0°（纤维方向）、90°（垂直纤维方向）或多向层合板的测试方向。

• 尺寸精度：按标准要求加工试样，边缘需光滑无缺口，避免应力集中。

• 贴片处理：如需测量应变，在试样工作区粘贴应变片（通常为双向应变片，同时测纵向和横向应变），或使用非接触式视频引伸计 。

第二步：试验设置——工况模拟的关键

• 环境调节：复合材料对温湿度敏感，测试前需在标准环境（如23℃±2℃，50%±5% RH）下进行状态调节。

• 夹具选择：

• 拉伸测试：使用液压楔形夹具，避免试样打滑或夹伤。

• 压缩测试：使用组合载荷压缩夹具（如ASTM D6641规定的CLC夹具），通过端面加载与剪切加载组合方式施加压力，防止试样屈曲 。

• 弯曲测试：三点弯曲或四点弯曲夹具，跨度按标准设定（如32倍试样厚度）。

• 剪切测试：短梁剪切夹具（跨厚比4:1）或V型缺口剪切夹具 。

第三步：加载与数据采集

• 加载速率：严格按标准控制（如ASTM D6641压缩测试标准速度为1.3 mm/min）。

• 应变测量：

• 接触式：应变片或夹持式引伸计，精度高但操作复杂。

• 非接触式：视频引伸计（AVE）或数字图像相关技术（DIC），可实现全场应变测量，尤其适合高温或复杂变形场景 。

• 数据记录：实时记录载荷-位移曲线、应力-应变曲线，直至试样破坏。

第四步：结果分析与判定

• 性能计算：

• 强度：最大载荷除以初始横截面积。

• 模量：在应力-应变曲线的弹性段选取特定应变区间计算斜率（如1000-3000微应变）。

• 泊松比：横向应变与纵向应变的比值 。

• 失效模式判定：记录试样破坏形式（如拉伸断裂、压缩剪切、分层、屈曲），判定测试是否有效。例如ASTM D6641要求压缩试验中弯曲百分比小于10%方为有效测试 。

三、关键技术要点与常见问题

1. 拉伸测试的注意事项

• 加强片的使用：为防止试样在夹持端破坏，通常需要在试样两端粘贴加强片（tab），使破坏发生在工作段 。

• 对中要求：确保试样轴线与加载轴线重合，避免偏心加载导致弯曲附加应力。

2. 压缩测试的挑战与对策

复合材料的压缩测试难度最高，主要挑战是试样易发生屈曲（欧拉失稳）而非真正的压缩破坏。解决方案包括：

• 采用组合载荷压缩夹具（如ASTM D6641），通过端面加载和剪切加载同时作用，提高试样稳定性 。

• 控制试样长径比（自由长度/厚度），标准ASTM D6641采用13mm×13mm的小尺寸试样以减小屈曲风险 。

3. 剪切测试的特殊性

• 层间剪切：采用短梁法（三点弯曲，跨厚比小），使试样在层间产生最大剪应力，用于快速质量筛查 。

• 面内剪切：采用±45°层合板拉伸法（ASTM D3518）或剪切框法（GB/T 41498），获取完整的剪切应力-应变曲线 。

4. 特殊环境下的测试

许多复合材料构件在高温或低温环境下服役，因此需要进行环境箱内的力学测试：

• 高温测试：需配备辐射加热炉或环境箱，温度均匀性偏差≤±2℃ 。

• 低温测试：通常采用液氮制冷，温度可低至-70℃以下 。

四、复合材料力学测试的核心标准体系