復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)機(jī)是專門用于測定各種復(fù)合材料(包括聚合物基復(fù)合材料如CFRP、GFRP，金屬基復(fù)合材料，陶瓷基復(fù)合材料等)在單軸拉伸載荷作用下力學(xué)性能的關(guān)鍵設(shè)備。由于復(fù)合材料的各向異性、非均勻性以及多相結(jié)構(gòu)(增強(qiáng)纖維/顆粒 + 基體)，其拉伸性能測試比均質(zhì)材料(如金屬、塑料)更為復(fù)雜，對(duì)試驗(yàn)機(jī)性能、夾具設(shè)計(jì)和測量技術(shù)提出了特殊要求。
 

　　??一、核心測試目標(biāo)?
 

　　1??.拉伸強(qiáng)度??：試樣在拉伸破壞前所能承受的最大名義應(yīng)力。
 

　　2??.拉伸模量(楊氏模量)??：材料在彈性變形階段的剛度，即應(yīng)力與應(yīng)變的線性比例系數(shù)。復(fù)合材料的模量通常表現(xiàn)出各向異性(沿纖維方向和垂直方向差異顯著)。
 

　　??3.泊松比??：材料在拉伸方向上變形時(shí)，在垂直方向上收縮的比例關(guān)系。
 

　　??4.斷裂伸長率??：試樣最終斷裂時(shí)的應(yīng)變。
 

　　5.??應(yīng)力-應(yīng)變曲線??：完整描繪材料從開始加載到最終斷裂全過程的載荷響應(yīng)行為。

 

　　??二、關(guān)鍵系統(tǒng)組成與性能要求??
 

　　??1.高剛性主機(jī)框架??：
 

　　具備很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)剛度，以承受高拉伸載荷(常見容量從10kN到500kN甚至更高)且變形極小，確保加載的純粹性和線性。
 

　　設(shè)計(jì)上需預(yù)留空間，方便安裝引伸計(jì)、攝像頭以及各種環(huán)境箱(如高溫爐、低溫箱)。
 

　　??2.精密加載驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)??：
 

　　通常采用高性能??伺服電機(jī)或伺服液壓驅(qū)動(dòng)??，提供平穩(wěn)、無沖擊的加載。速度控制極其關(guān)鍵，需要具備寬范圍(例如0.0005 mm/min 到 500 mm/min 或更寬)且精確(速度精度優(yōu)于±0.5%)的調(diào)節(jié)能力。
 

　　采用??低摩擦、無間隙的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)??(如高精度滾珠絲杠或高性能液壓伺服閥)。
 

　　??3.高精度力值測量系統(tǒng)??：
 

　　選用??高精度應(yīng)變式力傳感器??作為核心測量元件。
 

　　需滿足高分辨率和精度要求(通常優(yōu)于滿量程的±0.5%，高精度型號(hào)可達(dá)±0.1%或更高)，并具有寬廣的適用量程(例如1/100000 的量程比)，能覆蓋從微小預(yù)載荷到最大破壞力的全范圍精確測量。
 

　　??4.先進(jìn)夾持系統(tǒng)(至關(guān)重要)??：
 

　　??楔形夾具或液壓平推夾具??：適用于片狀、條狀試樣。夾持力需可調(diào)并恒定，夾持面采用特殊花紋(如細(xì)牙滾花)或粘性涂層(如金剛砂)以增加摩擦力，防止打滑。使用膠合加強(qiáng)片(通常是薄玻璃纖維或鋁片用高強(qiáng)度膠水粘在試樣兩端)是保護(hù)試樣夾持部分、降低應(yīng)力集中、確保斷裂發(fā)生在有效標(biāo)距段內(nèi)的常用手段。
 

　　??氣動(dòng)夾具??：適合對(duì)夾持力要求適中的標(biāo)準(zhǔn)化試樣。
 

　　??特殊專用夾具??：用于圓柱或管狀試樣等。
 

　　??5.精密應(yīng)變測量系統(tǒng)??：
 

　　這是準(zhǔn)確獲取??模量??和??泊松比??的核心設(shè)備，遠(yuǎn)比位移傳感器重要。
 

　　??接觸式引伸計(jì)(如雙引伸計(jì))??：
 

　　一個(gè)引伸計(jì)(標(biāo)距引伸計(jì))測量有效標(biāo)距內(nèi)的軸向應(yīng)變以計(jì)算拉伸模量。
 

　　另一個(gè)引伸計(jì)(橫向引伸計(jì))垂直于加載方向測量橫向應(yīng)變以計(jì)算泊松比。
 

　　需高精度(優(yōu)于0.5%示值)、高分辨率(<1μm)。
 

　　??非接觸式應(yīng)變測量系統(tǒng)(越來越普及)??：
 

　　??視頻引伸計(jì)??：通過跟蹤試樣標(biāo)距段上施加的標(biāo)記點(diǎn)(人工涂點(diǎn)或激光刻蝕點(diǎn))來測量應(yīng)變。
 

　　??數(shù)字圖像相關(guān)法??：利用散斑圖像分析和軟件計(jì)算全場應(yīng)變分布，功能強(qiáng)大，尤其適合研究局部變形場和失效起始點(diǎn)。
 

　　注意：引伸計(jì)必須在屈服發(fā)生前或到達(dá)規(guī)定應(yīng)變(如0.4%)后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求“移除”或“停用”，防止試樣破壞時(shí)損壞引伸計(jì)。
 

　　??6.智能控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)??：
 

　　基于??計(jì)算機(jī)(PC)?? 或??工業(yè)控制器(PLC/PAC)?? 的控制系統(tǒng)，通常配備圖形化軟件。
 

　　能夠??預(yù)設(shè)并自動(dòng)執(zhí)行??符合各種國際/國家標(biāo)準(zhǔn)(如ASTM D3039、ASTM D638、ISO 527-4/5、GB/T 3354、GB/T 1447等)的測試程序。
 

　　??高速、高分辨率的數(shù)據(jù)采集??系統(tǒng)(采集速率通常要求≥100Hz)，能完整捕捉脆性復(fù)合材料的瞬間斷裂信號(hào)。
 

　　軟件能??實(shí)時(shí)顯示??載荷、位移、應(yīng)變、時(shí)間、應(yīng)力、應(yīng)變等曲線；??自動(dòng)計(jì)算??關(guān)鍵力學(xué)性能；??生成詳細(xì)的測試報(bào)告??(包含曲線圖、計(jì)算值、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等)；??存儲(chǔ)和查詢??歷史數(shù)據(jù)。
 

　　??7.安全防護(hù)裝置??：
 

　　??防飛濺保護(hù)罩??：保護(hù)操作者，防止復(fù)合材料斷裂時(shí)產(chǎn)生碎片飛濺。
 

　　??過載保護(hù)裝置??：防止復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)機(jī)超載損壞。
 

　　??緊急停止按鈕??：在異常情況下一鍵停機(jī)。
 

　　三、典型應(yīng)用領(lǐng)域??
 

　　1??、航空、航天領(lǐng)域??：CFRP機(jī)翼、機(jī)身結(jié)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)部件等材料研發(fā)、過程控制和入廠驗(yàn)收測試。
 

　　2??、汽車工業(yè)??：輕量化車身部件(碳纖維/玻璃纖維部件)、傳動(dòng)軸、電池包殼體等材料與部件的性能驗(yàn)證。
 

　　3??、風(fēng)電行業(yè)??：大型風(fēng)機(jī)葉片(玻璃纖維/碳纖維復(fù)合材料)的原材料(玻纖布/預(yù)浸料)及其層合板的性能測試。
 

　　??4、軌道交通??：高鐵/地鐵車體、內(nèi)飾件材料測試。
 

　　??5、體育器材??：自行車車架、球拍、高爾夫球桿、賽艇等的材料研發(fā)與品質(zhì)控制。
 

　　??6、建筑與基礎(chǔ)建設(shè)??：FRP筋、板材、拉索等增強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料性能測試。
 

　　??7、材料研發(fā)機(jī)構(gòu)??：新型復(fù)合材料(如納米增強(qiáng)復(fù)合材料、生物基復(fù)合材料)的力學(xué)性能研究與評(píng)價(jià)。
 

　　8、??高等院校??：材料科學(xué)與工程、力學(xué)專業(yè)的教學(xué)和科研實(shí)驗(yàn)。
 

　　??四、選型關(guān)鍵考量因素??
 

　　??1、載荷容量和精度??：根據(jù)所測復(fù)合材料的預(yù)期強(qiáng)度范圍，選擇足夠大載荷容量(預(yù)留余量)和高精度(0.5級(jí)或0.1級(jí))的復(fù)合材料拉伸試驗(yàn)機(jī)。確保在低載荷段也有良好的分辨率。
 

　　2??、剛度和結(jié)構(gòu)??：優(yōu)先選擇結(jié)構(gòu)剛性好、變形小的主機(jī)，這是獲得精確模量的基礎(chǔ)。
 

　　??3、應(yīng)變測量能力??：這是復(fù)合材料測試的核心。根據(jù)預(yù)算和測試需求，選擇合適精度和類型的引伸計(jì)或視頻/DIC系統(tǒng)。
 

　　??4、夾具系統(tǒng)??：選擇適用于目標(biāo)試樣類型(形狀、尺寸)的夾具，確保能有效夾持而不損傷試樣或?qū)е聤A持端失效。氣動(dòng)、楔形或液壓平推夾具是常見選擇?？紤]加強(qiáng)片的制備與粘接工藝兼容性。
 

　　??5、控制與數(shù)據(jù)分析軟件??：軟件應(yīng)支持相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測試方法，用戶界面友好，數(shù)據(jù)處理、報(bào)告生成功能強(qiáng)大，擴(kuò)展性好(如支持視頻/DIC集成)。
 

　　??6、安全防護(hù)和擴(kuò)展性??：必要的安全防護(hù)罩不可少?？紤]未來升級(jí)的可能(如添加溫度箱)。
 

　　??7、標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)??：確保設(shè)備符合目標(biāo)市場和行業(yè)要求的標(biāo)準(zhǔn)(如ASTM, ISO, GB, EN)和法規(guī)(如CE認(rèn)證)。
 

　　??8、供應(yīng)商的技術(shù)支持和服務(wù)能力??：復(fù)合材料測試復(fù)雜，良好的技術(shù)支持和及時(shí)的售后服務(wù)至關(guān)重要。