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島津試驗機丨夾具世界系列之復合材料測試
導讀
隨著科技發展的日新月異，汽車、航天、航空等工業對材料性能的要求越來越高，單一材料如金屬、陶瓷、高分子材料幾乎都難以勝任。若將不同性能特點的單一材料復合起來，取長補短，則能滿足現代高新技術的需求。復合材料既能保持組成材料各自的優異特性，又具有組合后的新特性，如比強度和比模量高、抗疲勞和破斷安全性良好、高溫性能優良等。
以汽車工業為例，在車身及主要零部件、汽車結構件、電動汽車高壓電池組件等應用中，復合材料可減輕重量實現汽車輕量化，同時減少碳排放。在飛機工業中，以波音777為例，其機體結構中復合材料僅占到約11%，而且主要用于飛機輔件；但到波音787時，復合材料的使用出現了質的飛躍，不僅數量激增，而且開始用于飛機的主要受力件，如今，波音787的復合材料用量已占到結構重量的約50% 。因此對于復合材料的研究，根據不同需求測試評估各種復合材料的力學性能，就顯得尤為重要。
今天，我們一起來看看島津試驗機在復合材料力學測試方面的夾具與應用。
1 ASTM D6641組合載荷壓縮測試
復合材料不同于以往的均質材料，具有各向異性，在承受載荷的應力主軸方向呈現出拉伸、壓縮、彎曲、向內剪切、向外剪切或兼有上述動向的復雜受力情況。為了提高對所設計產品的性能預測精度，需要采集各種數據，因此，在進行復合材料試驗時，對于分別測量各斷裂現象的試驗方法的要求越來越高。例如根據標準ASTM D6641的組合載荷壓縮（CLC）試驗（如下圖）是一種具有剪切和端面載荷組合的試驗方法，提供了實現強度評估的同時進行彈性模量的測量。
2 ASTM-D6484 開孔壓縮強度測試
碳纖維增強塑料（CFRP）以其強度高、重量輕等優點，在航空航天領域得到了廣泛的應用。碳纖維具有優良的強度特性和高剛度特性，但在開孔時會損失很大的強度。復合材料零部件實際使用中，常需要開孔與別的部件連接。因此，飛機上使用的復合材料，必須對中心切出一個孔的試樣的試驗進行評估。我們根據ASTM-D6484對碳纖維塑料進行了開孔壓縮試驗。
3 ASTM-D7078 V型切口剪切測試
為了減少試制次數，降低新產品開發的成本，計算機輔助工程（CAE）分析被廣泛應用。為了提高對所設計產品的性能預測精度，需要采集各種數據，因此，在進行 CFRP 試驗時，對于分別測量各斷裂現象的試驗方法的要求越來越高。評價復合材料的試驗方法有多種。其中，作為面內剪切試驗方法，以纖維強化復合材料的纖維方向或織物層壓材料為目標，在設有缺口的樣片上取非對稱的 4 個點加載彎曲負荷的Iosipescu法（ASTM D5379），以及在±45?的層壓材料上加載拉伸負荷的方法（ISO 14129）最為普及。本次試驗使用 V-Notched Rail Shear 法（ASTM D7078），能夠穩定進行面內剪切試驗。另外，因樣片的測量部位較大，可同時適用于無孔樣片及短纖維系列 CFRP 層壓材料的測量。
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4 其他復合材料測試夾具展示
結語
島津標準試驗機，試驗載荷從 1 N到600KN不等，可適應各種樣品，如橡膠、塑料、復合材料、金屬、木材、玻璃陶瓷等材料的板、棒、線、繩等樣品。本文介紹了島津試驗機在復合材料測試中主要夾具。另外，島津夾具設計團隊還可以根據特殊需求和標準，設計、定制夾具，以滿足復合材料行業客戶需求，提高復合材料的研究深度和應用廣度，同時助推產業結構優化升級，實現綠色發展。
撰稿人：楊漢章
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