树脂基复合材料疲劳测试标准解读

更新(xīn)时间：2025-04-08

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随着以航天航空、汽車(chē)、风電(diàn)為(wèi)代表的新(xīn)能(néng)源和高级装(zhuāng)备制造业的快速发展，高性能(néng)复合材料需求日渐强劲，其动态疲劳力學(xué)性能(néng)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(yǒu)共同点也有(yǒu)其特别之处，需要额外关注。國(guó)内主要采用(yòng)的测试标准為(wèi) GB/T 35465《聚合物(wù)基复合材料疲劳性能(néng)测试方法》，分(fēn)為(wèi)以下6个部分(fēn)：

第1部分(fēn)：通则
第2部分(fēn)：線(xiàn)性或線(xiàn)性化应力寿命 (S-N) 和应变寿命 (ε-N) 疲劳数据的统计分(fēn)析
第3部分(fēn)：拉-拉疲劳
第4部分(fēn)：拉-压和压-压疲劳
第5部分(fēn)：弯曲疲劳
第6部分(fēn)：胶粘剂拉伸剪切疲劳

第 3-6 部分(fēn)為(wèi)具(jù)體(tǐ)的试验要求，其中(zhōng)较為(wèi)常见的是拉-拉疲劳，简单来说，就是采用(yòng)正弦波在不同的应力/应变水平下进行拉-拉疲劳测试，拟合出疲劳寿命曲線(xiàn)。

01 试样类型

传统试样為(wèi)两端带加强片的直条型，近年来由于复材成型工(gōng)艺的不同又(yòu)发展出哑铃型、四面加工(gōng)型等试样类型。

建议采用(yòng)不小(xiǎo)于 50mm 宽 75mm 長(cháng)夹持面积的液压夹具(jù)，若测试过程中(zhōng)出现失稳情况，则需采用(yòng)防失稳工(gōng)装(zhuāng)。

02 试样控制

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

第一个水平以10⁴循环次数為(wèi)目标；

第二个水平以 10⁵循环次数為(wèi)目标；

第三个水平以 5*10⁵循环次数為(wèi)目标；

第四个水平以 1~2*10⁶循环次数為(wèi)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。

為(wèi)保证试验有(yǒu)效性，有(yǒu)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(zhōng)度提出了很(hěn)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(zuò)的同时也提供了更高刚度的机架，避免了试验过程中(zhōng)由于机架变形对结果产(chǎn)生的影响。

结合静压的轴承作(zuò)动器、作(zuò)动缸防扭转装(zhuāng)置、对中(zhōng)环、高刚度液压夹具(jù)等设计，确保系统满足 ASTM E1012 和 NADCAP AC7122 等标准的 5 级对中(zhōng)度。

实时数据显示

控制温度变化，试验过程中(zhōng)监测试样表面温度并记录，若试样温度变化超过10°C，启用(yòng)散热装(zhuāng)置；若散热装(zhuāng)置不能(néng)降低试样的温度，应重新(xīn)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(chǎn)生的累积热量不同会使样品的温度产(chǎn)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(néng)产(chǎn)生较大影响。而且由于该热量是材料内部产(chǎn)生的，采用(yòng)温度箱之类的辅助设备也无法消除。

行业内通常采用(yòng)的 5Hz 试验频率，对于低加载水平试验可(kě)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(néng)的较大改变。

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Instron 的样品温度自适应控制技(jì )术，可(kě)将实时监测的样品温度作(zuò)為(wèi)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，从而在提高整體(tǐ)测试效率的同时大幅减小(xiǎo)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(yòng)场景有(yǒu)时需要在 -40~200°C 范围内进行中(zhōng)低温试验，或兼顾静态测试、部件级的测试，又(yòu)或需要进行多(duō)轴试验、高应变速率试验等。

Instron 测试解决方案

Instron 的電(diàn)液伺服疲劳试验系统适用(yòng)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(yǒu)一系列完整的测试解决方案最大轴向载荷范围為(wèi) ±25kN 到 ±5000kN，可(kě)广泛应用(yòng)于航空航天、化工(gōng)、汽車(chē)零部件等领域测试。

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