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隨著碳纖維復(fù)合材料在各行各業(yè)中越來越廣泛地應(yīng)用，對于其強度和韌性的評估變得越來越重要。作為評估碳纖維復(fù)合材料強度和韌性的標準試驗方法，ASTM D3039 拉伸試驗在行業(yè)內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用。

本文小編將介紹 ASTM D3039 拉伸試驗的測試性能、試驗設(shè)備和試樣要求等。并著重介紹試驗過程中的各種注意事項，以確保試驗結(jié)果的準確性和可靠性。

測試性能

ASTM D3039 測試是通過對試樣（試樣）施加拉力并測量試樣在應(yīng)力下的各種特性來進行的。它在萬能試驗機（也稱為拉力試驗機）上進行 ，并將英寸磅和 SI 單位結(jié)合在一個標準中。ASTM D3039 測量以下拉伸性能：

1、拉伸強度 ——測試過程中施加的最大應(yīng)力（通常是斷裂應(yīng)力）

2、極限拉伸應(yīng)變——斷裂應(yīng)變

3、拉伸模量 ——材料在應(yīng)力作用下可以變形（拉伸）的程度。

4、泊松比：兩個縱向應(yīng)變點（通常與用于模量測定的點相同，即 0.1 至 0.3%）之間的橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的變化之比。

5、過渡應(yīng)變：在材料表現(xiàn)出屈服行為（顯示為應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)的斜率變化）的情況下，過渡應(yīng)變是發(fā)生斜率變化時的應(yīng)變值。

6、失效模式：必須檢查損壞的樣本，并且必須通過三字符代碼記錄它們的失效類型、區(qū)域和位置。

用于哪些測試？

ASTM D3039 專門針對用顆粒或短纖維增強的塑料，是用于表征、鑒定和證明這些材料的拉伸性能的最基本測試之一。然而，為了充分表征各向異性和異質(zhì)復(fù)合材料的許多不同機械性能，還需要進行范圍廣泛的其他測試。任何需要測試復(fù)合材料壓縮性能的人都應(yīng)該參考ASTM D695。需要對復(fù)合材料進行在線剪切測試的人員應(yīng)遵循ASTM D3846。D3039 的預(yù)配置測試方法以及許多其他復(fù)合材料測試方法包含在通用復(fù)合材料應(yīng)用模塊中。

試樣類型

ASTM D3039 試樣為具有恒定橫截面的矩形。試樣的最小長度等于總夾持長度 + 2 x 寬度 + 標距長度，但建議使用更大的長度以最小化彎曲應(yīng)力。試樣的寬度和厚度應(yīng)代表散裝材料的纖維數(shù)量。對于 0? 單向、90? 單向、平衡、對稱和隨機不連續(xù)材料類型，有四種推薦的試樣幾何形狀。ASTM D3039 可用于連續(xù)和不連續(xù)的纖維增強材料，但層壓試樣的鋪層必須相對于測試方向平衡且對稱。

復(fù)合材料測試中的常見做法是使用標簽來保護試樣材料免受夾具損壞。ASTM D3039 不需要標簽，但它確實建議在測試單向材料時使用標簽。標簽可以粘合到樣本或通過摩擦（例如砂布）固定到位。

試樣測量

測試前必須測量試樣的橫截面積——這是通過測量標距長度內(nèi)三個位置的寬度和厚度并取其平均值來完成的。當一個或兩個表面不規(guī)則時，需要使用帶有球界面的千分尺來測量厚度。如果兩個表面都是平的，則可以使用帶有球或平面界面的千分尺。需要使用帶有平砧接口的千分尺或卡尺來測量試樣寬度。Bluehill Universal 中的自動試樣測量設(shè)備功能允許操作員將最多兩個設(shè)備（千分尺或卡尺）連接到計算機并將數(shù)據(jù)直接輸入到軟件中。這消除了輸入錯誤的可能性并提高了效率。

測試設(shè)備

夾具和試樣對齊

用于夾持復(fù)合試樣的夾具必須提供足夠強且均勻的壓力，以防止試樣在測試過程中滑動。頜面花紋應(yīng)與材料相適應(yīng)，完好無損。在中等應(yīng)變水平 (>1000µ?) 下，夾具的對齊應(yīng)將彎曲應(yīng)變限制在 3-5% 以內(nèi)。

適用于 ASTM D3039 的夾具設(shè)計包括手動楔形夾具和液壓楔形夾具。這兩種夾具均采用移動體設(shè)計并結(jié)合試樣定位擋塊，以提供對復(fù)合材料和其他材料的可靠夾持，同時實現(xiàn)所需的對準。

引伸計

許多不同的設(shè)備可用于測量測試期間的應(yīng)變。最常見的是引伸計，可根據(jù)您實驗室的需要提供多種不同的選擇。最簡單的是固定標距2630 夾式引伸計，用于測量軸向應(yīng)變。操作員必須在每次測試開始時將其直接夾在試樣上，并在試樣斷裂前將其取下。

如果測試泊松比，還必須添加橫向引伸計來測量試樣整個彈性區(qū)域的寬度變化。獨立的橫向引伸計可用于補充現(xiàn)有的夾式或自動引伸計，或者雙軸裝置可用于同時測量軸向和橫向應(yīng)變。

橫向引伸計

應(yīng)變片

電阻應(yīng)變片也可用于在 ASTM D3039 測試期間確定應(yīng)變。與引伸計不同，應(yīng)變計是消耗品，可用于測量失效應(yīng)變。這些量規(guī)通常由薄金屬箔網(wǎng)格組成，用粘合劑將其粘合到試樣上。應(yīng)變計可用于從低溫到 200°C 以上的環(huán)境條件，但需要調(diào)節(jié)才能產(chǎn)生有用的電信號。一個易于使用的適配器可與拉伸試驗機中的標準電子設(shè)備一起使用。由于復(fù)合材料在失效前不會發(fā)生實質(zhì)性變形，因此在 ASTM D3039 測試中，粘合應(yīng)變片的極端精度有時優(yōu)于使用引伸計。

計算和結(jié)果

在呈現(xiàn)測試結(jié)果時，重要的是要確保正確定義術(shù)語，以確保符合標準并促進不同實驗室之間的數(shù)據(jù)比較。

1、故障模式

ASTM D3039 要求測試人員記錄和報告試樣失效的模式和位置。

2、拉伸應(yīng)力/拉伸強度/極限拉伸應(yīng)變

拉伸應(yīng)力是力/平均試樣面積，拉伸強度是失效前的最大力/平均試樣面積。極限拉伸應(yīng)變是失效時的應(yīng)變值。

3、模數(shù)

對于具有線性應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)且應(yīng)力-應(yīng)變曲線斜率沒有變化的材料，模量定義為 1000 至 3000 µ?（0.1 至 0.3%）應(yīng)變范圍內(nèi)的弦模量。如果材料的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)顯示斜率變化在 1000 至 3000 µ?（0.1 至 0.3%）范圍內(nèi)，則應(yīng)使用更合適的應(yīng)變范圍。也可以使用彈性模量的其他定義。

4、泊松比

泊松比通常通過在與用于確定模量的軸向應(yīng)變范圍相同的軸向應(yīng)變范圍內(nèi)，即 1000 至 3000 µ?（0.1 至 0.3%）取橫向應(yīng)變與軸向應(yīng)變的比率來確定?？梢允褂闷渌麘?yīng)變范圍，泊松比的其他定義也可以。

在總結(jié)本文的同時，小編有必要再次強調(diào)，ASTM D3039 拉伸試驗是評估碳纖維復(fù)合材料強度和韌性的重要手段。通過恰當?shù)剡M行試驗并遵循試驗規(guī)范，我們可以得到準確和可靠的試驗結(jié)果，從而為我們更好地評估和改進碳纖維復(fù)合材料的性能提供重要的依據(jù)。如果您對本文還有其他補充，歡迎給我們私信或留言！