复合材料测试中为何精度至关重要：来自全球比对研究的见解
作者： Nick Erickson
问题：为什么结果会有差异？
单向碳纤维复合材料非常坚固，但准确测量其强度并非易事。即使实验室遵循 ASTM 和 ISO 标准，结果也经常不同。这种差异是由材料、试样形状、设备还是其他因素引起的？这些不一致之处为设计飞机、汽车和风力涡轮机的工程师提出了关键问题。这项比对研究旨在揭示原因，以及如何获得更可靠的结果。
保持一致性：可靠测试的关键
不对中是复合材料测试中最大的变异性来源之一。本白皮书分解了关键组件（系统、夹具和对准工具），您需要它们才能每次都正确完成测试。
实验：测试了什么
该研究比较了六种试样设计：三种矩形（带有矩形锥形和箭头形端头）、夹层（UD 层压板夹在两个外层玻璃纤维层之间）和蝴蝶形（薄和厚）。所有样品均由同一实验室制造和切割，然后随机发送给参与者。
目标是确定试样形状或不同的实验室条件是否会影响强度和结果一致性。令人惊讶的是，两者都不是主要因素。实验室间的差异大于设计间的差异，但总体而言，它们相对较小。真正的关键不是几何形状或实验室，而是细致的样品制备。
研究人员发现，切割方法很重要。水刀切割会产生粗糙的边缘，从而显着降低强度。相比之下，金刚石圆盘锯可产生光滑、干净的边缘，从而最大限度地减少缺陷并提供一致的结果。
其他挑战：验证断裂
复合材料试样通常不会干净地断裂，而是会发生爆炸性破碎。这使得很难判断断裂是否发生在正确的标距段或靠近夹具的位置，因为应力集中会使结果产生偏差。那么，如何验证测试？
解决方案：高速摄像机和非接触式测量
通过以每秒数千帧的速度拍摄测试，研究人员可以精确定位断裂的确切时间和位置。应该注意的是，高速摄像机是一种出色的研究工具，但它不是常规测试的实用解决方案。
应变测量：光学与应变计
传统上，许多研究人员认为应变计或接触式引伸计是测量复合材料测试中应变的最可靠方法。然而，这项研究发现，光学引伸计和全场数字图像相关 (DIC)的性能与应变计一样好，模量测量的标准偏差相似。
值得注意的是，应变计在测量断裂应变方面存在局限性。使用应变计的测试有更多的失效，通常是由于试样表面的裂缝破坏了应变计的接触。结论是什么？光学方法不仅与应变计一样准确，而且通常更实用，更不易发生故障。它们避免了表面裂缝的问题，并降低了应变数据不完整的风险，使其成为复合材料测试的可靠选择。
研究的主要建议
- 完善切割。 使用金刚石圆盘锯等精密切割工具，避免边缘缺陷。
- 进行非接触式测量。 光学引伸计提供准确的应变测量，而没有表面破坏的风险。
- 验证您的数据。 丢弃在最终断裂前显示早期应力下降（>3%）的测试，因为样品可能已损坏。
为何这很重要
这项研究强调了一个重要的事实：准确的复合材料测试与其说是关于试样形状或实验室，不如说是关于准备和精度。通过采用这些最佳实践，工程师可以设计更安全的飞机、汽车和风力涡轮机，确保这些材料在实际条件下按预期运行。
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该研究强调了非接触式光学引伸计在复合材料测试中的价值。Instron 的 AVE3 高级视频引伸计以高精度、非接触式应变测量提供这些推荐的功能。在我们的复合材料知识中心中探索我们的解决方案并了解更多信息。
阅读完整报告：
单向复合材料纵向拉伸测试的比对计划：结果、结论和建议
图像参考
Fazlali, Babak, et al. “Round-Robin Programme for Longitudinal Tensile Testing of Unidirectional Composites: Results, Conclusions, and Recommendations.” Polymer Testing, vol. 152, Nov. 2025, p. 108974, www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142941825002880?via%3Dihub, https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2025.108974. Accessed 15 Jan. 2026.