复合材料检测的条件、工具及挑战

为使复合材料测试取得精确和高效的结果，需要考虑若干因素，包括能够适应测试环境的测试系统，校准以及直观的软件。

复合材料测试系统

在配置用于测试组合的系统时需要考虑若干因素。首先，测试需要按照适当的标准和评定需求进行。这意味着系统必须能够容纳测试所需的夹具，并满足有关样品校准和其他因素的要求。这包括提供正确的测试环境，以便任何所需的夹具都可以在其中可靠地操作。此外，为了保持效率，更改测试设置的过程应该简单，系统应该易于操作，并将操作人员所需的技术水平降至最低，从而减少发生错误的可能性，优化测试效率。

由于复合材料试样会发生爆炸失效，实验机应具有较高的轴向刚度，并具有强大的鲁棒性，以减少和抵抗来自这些反复的大冲击力的磨损。实验机还应该具有较高的横向刚度和精确的控制系统，尤其在进行压缩试验时，以保持校准。

最好配备一个具有较宽测量范围的力值测量系统(负荷传感器和电子信号处理)，这样，在从高力能测试(如张力/压缩)切换到低力能测试(如层合板层间剪切强度)时，就不需要更换负荷传感器。而且，还能保护实验机器的电子设备不会受到碳纤维灰尘和碎片的侵入，碳纤维灰尘和碎片能够导电，会损坏实验机的电子设备。

测试环境

复合材料最常见的测试环境是高温，一般在80-250℃范围内。在测试之前，试样可以配置在特定的环境条件下，这些条件通常包括温度、湿度以及置于液体中(如水、燃油和液压油)。聚合物复合材料在状态调节介质中达到平衡所需的时间通常为几天或几周，大部分短期静态性能测试都是在一个可调节温度的温度室中进行。设计用于低温和高温测试的温度室通常配备电加热元件和用于冷却的低温注入系统(通常是液氮或二氧化碳)。也可以采用机械冷却(制冷)系统。虽然机械冷却系统通常不能提供低温喷射冷却所能达到的高冷却速率和最低温度，但它们适合提供长期测试所需的恒定温度。

夹具

用于复合材料测试的夹具包括手动和液压楔形夹具。对于要求更为严苛的航空航天测试，液压楔形夹具由于其精准的校准度和可重复性，通常是首选工具。然而，设计良好的机械楔形夹具也可以提供可接受的校准度。为了安全性和可靠性，非环境测试的液压夹具解决方案通常是将液压元件放置在温度室之外。

校准

由于复合材料的各向异性和脆性，在复合材料测试中，精确校准非常重要。可调节校准夹具可确保测试系统符合航空航天工业使用的特定评定程序所要求的校准标准，如国际航空材料认证（NADCAP)AC7122/1。为了测试有效，当机器负载处于低负荷时，需要允许校准夹具调整同心度和成角度。确认校准的公认方法是使用应变测量的“校准传感器或试样”来检查负载下的校准。校准传感器的尺寸应尽可能接近被测试的试样。通常，校准传感器将装有两组或三组设备，每个设备由四个应变仪组成。记录应变仪的输出结果可能与手动计算的取向不准引发的弯曲结果不相一致，这是一个复杂而繁琐的过程。好在目前，有软件可以实时显示弯曲和同心度、角度误差。

实验机软件

软件负责控制实验机，从测试中收集数据并分析数据以产生测试结果。最新一代的测试软件能够做到所有这些，甚至更多。例如，触摸屏技术可以简化和增强操作员与系统的交互方式。数据和报告也可以导出到网络和数据库，软件可以将系统与其他设备集成，如温度室和尺寸测量设备。可提供用于标准复材料合测试类型的预配置测试方法库，以帮助简化复合材料测试中经常遇到的各种测试的处理。

安全性也是一个重要的考虑因素。安全的关键要素是对用户的验证和确认、电子签名和可追溯性。一般来说，用户的验证和确认意味着规范特定个人对软件中不同功能的访问。例如，实验室管理员将能够创建和修改测试方法，而操作员将对测试参数有有限的访问权限，并且只能运行已经预先配置好的方法。电子签名使用户拥有批准测试结果和文档的适当权限。

对方法和测试结果的变更产生评定跟踪也是可能的。例如，当发布测试标准的新版本并修改测试方法时，这将记录在文件修订号中以及所有更改的列表中。

新材料和工艺的发展以及复合材料新市场的扩大，将进一步推动复合材料测试的发展。复合材料的力学测试十分复杂，涉及一系列的测试类型和标准，以及不同条件下、不同环境下的测试要求。集成测试系统以及相应的校准夹具、可互换夹具、可预先配置的直观软件，将令复合材料力学测试尽可能容易、准确和高效。