技术专栏 | 为复合材料做“体检”（三）——弯曲试验

弯曲试验是一种模拟构件在横向载荷下受力状态的质量控制型试验，反映了材料拉伸、压缩和剪切性能的综合效应。弯曲试验通常采用“三点弯曲”或“四点弯曲”的方式，对矩形试样施加载荷，测量其挠度^①与载荷的关系。

三点弯曲：三点弯曲试验是通过在试样两个支撑点中点施加载荷使其弯曲断裂，用于检测金属等材料弯曲力学性能的实验方法。

四点弯曲：指将试样放在有一定距离的两个受力点（四点弯曲夹具的下半部分）上，形成简支梁形式，在受力点的上方有两个对称的加载点（四点弯曲夹具上半部分）向试样施加压力，上下一共有四个点分别是施力点和受力点，该过程被称为四点弯曲实验。

复合材料同样也可以通过弯曲试验来测定其力学性能。

我国针对复合材料弯曲试验制定的国家标准主要有：GB/T 3356-2014《定向纤维增强聚合物基复合材料弯曲性能试验方法》、GB/T 1449-2005《纤维增强塑料弯曲性能试验方法》等。

国际标准化组织采用ISO 14125《纤维增强塑料复合材料 弯曲性能的测定》作为复合材料弯曲试验标准依照。

而美国材料与试验协会制定的复合材料弯曲试验标准包括ASTM D790《未增强和增强塑料及电绝缘材料弯曲性能的标准试验方法》、ASTM D7264《聚合物基复合材料弯曲性能的标准试验方法》以及ASTM D6272《用四点弯曲法测定未增强和增强塑料及电绝缘材料挠曲性能的试验方法》等。

不同标准具有特定的适用场景。本文以国际上常用的3项标准ASTM D790、ASTM D7264、ASTM D6272为例，比较不同标准间的不同。

ASTM D790《非增强和增强塑料及电绝缘材料弯曲性能的标准测试方法》是用于测定塑料与复合材料弯曲性能的标准三点弯曲试验方法，也是最通用、最常用、应用最广的的复合材料弯曲试验标准。

该标准适用于非增强和增强塑料，包括长纤维（如GFRP/CFRP）复合材料、电绝缘材料等。

该测试方法主要用于测定材料的以下性能：

ASTM D6272《用四点弯曲法测定未增强和增强塑料及电绝缘材料挠曲性能的试验方法》与ASTM D790类似，同样用于测定非增强和增强塑料、高模量复合材料及电绝缘材料的弯曲性能，但依照该标准测试需采用“四点弯曲”试验方法，四点弯曲在试样中部产生纯弯曲段（无剪力），能更好地评估材料本质性能和测试表面缺陷，

该标准主要用于测定材料的弯曲弹性模量、割线模量、弯曲强度、弯曲屈服强度、弯曲偏移屈服强度。

ASTM D7264《聚合物基复合材料弯曲性能的标准试验方法》是用于测定聚合物基复合材料弯曲性能的权威标准，该方法主要适用于高模量纤维增强聚合物基复合材料（如航空航天级CFRP），是ASTM D790的“复合材料专用升级版”。在测量时一般采用四点弯曲，但也可采用三点弯曲，更强调模量测量的准确性，以最小化剪切变形，获得更纯的弯曲应力状态。

该测试方法主要用于测定以下性能：弯曲强度、弯曲模量、载荷-挠度曲线。

不同试验标准对试验设备要求大致相同，如上述提到的3项标准均要求采用精度通过规范ASTM E4验证的电子万能试验机，且试验机载荷测量系统的误差不得超过预期测量最大载荷的±1%，同时配备挠度测量装置。

中机试验为复合材料性能测试提供一套先进解决方案。

图3：中机试验复合材料拉伸试验解决方案👆

方案采用的中机试验DF系列电子万能试验机，能够依照GB、ASTM、ISO和其他行业标准执行复合材料拉伸试验，拥有业界领先的精确性和可靠性：

复合材料弯曲试验试样选用因材料和试验方法的不同而不同，依照不同标准进行试验时要注意。

例如根据ASTM D790的要求，模压材料（热塑性和热固性材料）一般采用横截面为3.2 mm x 12.7 mm且长度为127 mm的试样。

根据复合材料弯曲试验的具体方法，可选用三点弯曲夹具或四点弯曲夹具。

另外，夹具支座跨距与材料厚度比（跨厚比）是复合材料弯曲试验的一项重要参数，ASTM D790、ASTM D7262规定试样跨厚比应为16:1。

对于不同试验材料，跨厚比不同，例如ASTM D790对于高强度增强复合材料则要求跨厚比必须大于16:1，甚至可达到60:1，ASTM D7264要求跨厚比为32:1，目的皆是为了消除试验过程中剪切对试样的影响。

中机试验为复合材料弯曲试验配备多种模块化夹具，适配多力值、多温域测试需求。

复合材料弯曲试验通常需要配备挠度测量装置，包含非接触式位移计、挠度计、LVDT、光栅尺等，在试验时直接测量试样跨距中心的挠度。

本期文章以ASTM中的两个标准呈现了复合材料性能测试方法中的压缩试验，中机试验复合材料系列专栏的下一期，我们将为您阐述复合材料弯曲试验的相关内容，期待与您继续同行。

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