今天为大家介绍单向板力学性能实验方法的第二篇——复合材料压缩试验，主要包括以下五个部分：

试验目的

试验方法概述

压缩试验方法对比分析

ASTM D 6641 试验方法

SCAMA SRM 1R-94 试验方法

国内标准（GB、HB）

GB/T 3856 单向纤维增强塑料平板压缩性能试验方法

GB/T 1448 纤维增强塑料压缩性能试验方法

GB/T 5258 纤维增强塑料薄层板压缩性能试验方法

HB 7237 碳纤维增强树脂基复合材料薄板压缩性能试验方法

国际标准（ISO）

ISO 14126 纤维增强复合材料——面内压缩性能的测量

ASTM 标准

D 3410 通过剪切加载测量复合材料压缩性能的试验方法

D 6641 用复合加载压缩（CLC）试验夹具确定复合材料压缩性能的标准试验方法

D 695 刚性塑料压缩性能试验方法

SCAMA标准

SAR 1R 定向纤维-树脂复合材料压缩试验方法

SAR 6R 定向正交铺层纤维-树脂复合材料压缩试验方法

EN标准

EN 2850 碳-热固性树脂—平行于纤维方向单向层压板压缩试验

压缩试验研究现状

自上世纪70年代初期以来，复合材料的压缩响应一直是致力研究的 项目和试验课题，迄今为止，虽然已建立了多项用于测试复合材料压缩 性能的试验标准（包括美国ASTM标准、材料供应商SACMA标准、中国国家 标准等），但是从目前国内现已出版的复合材料手册中可以发现，对于同一种材料体系，不同手册或不同测试单位所给出的压缩性能值（主要是压缩强度）往往都不相同，而且有些与国外的数据存在较大的偏差， 因而给材料性能数据的使用造成了混乱，究其原因，主要是性能测试时所采用的试验标准不统一（有的甚至采用了错误的试验方法），或者试验件的加工及试验夹具没有严格遵循试验标准。因此，有必要对复合材料压缩试验方法进行系统的研究，以形成一个统一的压缩试验方法。

压缩试验方法概述

1 方法分类

对现有的压缩试验方法按照压缩载荷的引入方式可以分为三类：

a. 通过剪切将载荷引入试样工作 段；

Ø    GB/T3856-2005

Ø    ASTM D 3410/D 3410M-03

b. 通过直接压缩（端部加载）将 载荷引入试样工作段 ；

Ø   ASTM D 695-02a

Ø   SACMA SRM-1R-94

Ø   SACMA SRM-6-94

c.通过端部加载与剪切联合将载荷 引入试样工作段。

Ø    ASTM D 6641/D 6641M-01

2适用范围

GB/T3856：测量0°和90°复合材料单向板压缩模量和强度 。

ASTM D 3410 ：测量 0°和 90°单向板 、层压板及织物的压缩模量和强度。

 ASTM D 6641：测量对称均衡且至少包含了一个层的层压板的压缩模量和强度。但是，用于强度测量时，无加强片标准试样仅限于0°层最多为50%或与之等效的层压板。也可以用于测定单向复合材料（0°层方向）的 模量和泊松比，但是不能测定压缩强度。

 ASTM D 695：限于测量未增强和增强刚性塑料（包括高模量复合材料）的压缩模量和强度。

 SACMA SRM-1R-94：仅适用于单向0º方向及织物0º方向压缩模量和强度， 但对于织物，其机织/编织的单胞必须小于试样工作段（4.8 mm）。

 SACMA SRM-6-94：仅限于正交铺层层压板，其目的是由正交铺层层压板的强度并应用折算系数来确定单向复合材料压缩强度。

3试验方法对比及其局限性

GB/T 3856-2005 和ASTM D 695 是目前国内常用的方法。国内一般采 用GB/T 3856-2005测量单向复合材料压缩性能 ，而对于复合材料织物， 则普遍采用ASTM D 695。

但是，近年来的研究和大量的试验结果已经证实，上述的两个试验标 准存在许多不尽合理之处，由此得到的试验数据不能准确的表征复合材料的压缩性能。

1）试验夹具

最新版的ASTM D 3410/D 3410M-03中，已经取消了圆筒形夹具，而只保留方形夹具。

导向作用的圆筒与加载用的圆锥体之间存在较大的间隙，在加载过程中会产生弯曲现象，从而导致试样的压缩破坏载荷偏低。

2）试样加工

除了对试验机和夹具的对中度要求外，由此方法得到的试验数据还取决于加强片的厚度、平直度和平行度。这就要求在加强片粘接到试样上以后，必须对加强片表面进行精细研磨，而这一要求在试样的实际加工过程中是很难实现的。

3）弯曲程度的判定准则

压缩试验结果（包括模量和强度）强烈依赖于试样的弯曲程度，因此必须建立一个合理的判定准则，以得到有效的压缩性能数据。

在ASTM和SACMA压缩试验标准中，给出了弯曲百分比的概念，有效的试验结果其弯曲百分比应小于10，即:

在GB/T 3856-2005中没有相关的定义和说明。

4）压缩模量的计算方法

在GB/T 3856-2005中规定压缩模量在载荷-应变曲线的初始直线段来计算，这样不可避免的会出现人为界定的因素。

在ASTM和SACMA压缩试验标准中，则明确规定压缩模量计算时的纵向应变范围为1000～3000με从而消除了人为因素的影响。

多年来，国内一直采用该方法来测量织物增强复合材料的压缩性能。

试样：平直的、无加强片的“狗骨” 形试样 。

适用性：ASTM D30委员会对此方法的 适用性研究结论为：该试验方法不适 用于测定高模量复合材料的压缩强度。

在最新版的ASTM D 695-02a中已在注 释中指出，对于定向连续、非连续或 正交（纤维）增强的树脂基复合材料， 应按照ASTM D 3410的方法来测量其压 缩性能。

与GB/T 3856相比，虽然其采用的压缩夹具消除了圆筒夹具的间隙问题，但是，与GB/T 3856的原理相同。同样对试验夹具和试样（包括加强片）的加工要求过于苛刻，因此该标准没有被工业界广泛采用。

SACMA SRM 1R-94方法是国外工业界广泛用于测量0°单向带复合材料压缩强度的试验方法。

优点：

对试验夹具和试样（包括加强片）的要求没有ASTM D 3410高，而且试样的尺寸小。

局限性：

1)需要同时提供两组试样分别用于单独测量压缩强度和压缩模量；

2)仅适用于测量单向试样0º方向的压缩性能及织物试样0º方向的压缩性能，而且对于织物材料，其单胞应小于试样的工作段长度（4.8mm）；

3)该方法获得的压缩强度测量值一般高于ASTM D 3410；

4)得不到破坏应变，也不可能监控试样弯曲百分比。

该方法是唯一将压缩力通过端部和剪切的复合加载形式引入到试件的压缩试验方法。

与其他的试验方法相比，该方法的优点在于：

由于采用联合加载方式，有可能测试多种复合材料和层压板而不必采用加强片,避免端部产生额外的应力集中，不用加强片还会大大降低试件制备费用；

与ASTM D 3410相比，对试验夹具和试样（包括加强片）的公差要求相对较低；

与SRM-1R、SRM-6R相比，由于其工作段长度较大，可以粘贴应变片，因此只需一组试样即可同时测量其压缩模量和压缩强度;此外，在加载过程中可以通过检测试样的弯曲百分比来保证试样的对中度， 并且可以得到破坏应变。

尽管ASTM D 6641/ D 6641M-01在标准的适用范围中指出”单向复合材料(0°层方向)可以用于测定单向复合材料的模量和泊松比，但是不能测定压缩强度”，但是，多年来通过大量的试验进行ASTM D 6641对于0°单向复合材料压缩强度的适用性评估研究，结果表明：如果试验件(包括加强片)的加工能达到试验标准的要求,采用ASTM D 6641方法也可以获得0°试样的压缩强度试验结果，并且能得到期望的破坏模式。

4、结论与建议

基于前面的对比分析，给出以下建议：

1）对于单向预浸带材料的0°和90°压缩性能的测试 ：

对于90°单向板的压缩性能测试，推荐采用ASTM D 6641/D 6641M-01方法；

对于0°单向板的压缩性能测试，推荐采用SACMA SRM 1R或ASTM D 6641方法。

2）多向层压板和织物的压缩性能测试：

对于多向层压板和织物增强复合材料，推荐采用ASTM D 6641方法来测量其压缩模量和压缩强度。