ASTM D6641组合载荷压缩
ASTM D6641是一种标准试验方法，用于测定纤维复合材料层压板在压缩载荷下的杨氏模量、强度和断裂应变。该试验适用于0°、90°或多向/单向层压板，编织和铺层粗布复合材料，或具有不连续和随机分布的增强纤维的纤维复合材料（如短切纤维复合材料、SMC）。
在组合载荷压缩试验中，通过端面的法向力分量和通过试样夹紧部分的剪切力分量施加组合力。施加这种组合力对高强度纤维复合材料层压板的压缩试验特别有利。为了获得最佳结果，必须遵守标准中规定的试样端面平行度的公差以及端面与载荷方向之间垂直度的公差。
按照ASTM D6641标准，可以使用未贴标签的试样（程序A）和已贴标签的试样（程序B）。有关详细信息，请参阅下面的试样和尺寸一节。
用于较长或连续纤维增强塑料压缩试验的其他常用试验标准为ASTM D695或DIN EN 2850方法B（根据纯端面载荷原理）以及ASTM D3410或ISO 14126方法1（根据纯剪切载荷原理）。ISO 14126方法2描述了另一种标准化组合载荷压缩试验。
符合ASTM D6641标准的试验目标和测定的特性值
根据ASTM D6641标准对复合材料进行压缩试验，以测定在材料开发和鉴定过程中的机械压缩性能，以及测定复合材料结构布局与设计以及质量保证中的特性值。
可以使用符合ASTM D6641标准的组合载荷压缩试验来测定以下特性结果和值：
- 压缩应力：与试样初始横截面积相关的压缩力
- 压缩应变：载荷方向上初始标距单位长度的增量
- 压缩模量：应力-压缩曲线在弹性范围内的指定应变区间中的斜率。也称为弹性模量或杨氏模量
- 压缩强度：试样在压缩试验过程中所能承受的最大压缩应力（标称）
- 断裂应变：达到压缩强度时的压缩情况
如果使用双轴应变片（此时可以测量纵向和横向的应变），则还可以根据ASTM D6641标准在压缩试验中测定泊松比，该标准中也对此进行了相应的探讨。然而，由于压缩试验中自由试样长度相对较小，这种情况不切实际，因此很少实施。根据ISO 527-4、-5或ASTM D3039标准进行的拉伸试验更适合测定泊松比。
如何按照ASTM D6641标准执行压缩试验？
您可以在下面找到有关对复合材料进行组合载荷压缩试验以及所需试验机、试验设备和应变片的重要信息。如需关于ASTM D6641标准的详细信息，必须购买该标准。
ASTM D6641组合载荷压缩试验工装
对于符合ASTM D6641标准的组合载荷压缩(CLC)试验，需要一个试验工装来通过端面和试样的夹紧部分组合施加试验力。
在标准所示的组合载荷压缩工装中，通过工装中上下相互引导的4个螺栓夹紧试样。试样的端面与设备的端面齐平。然后，将安装有试样的试验工装放在平行对齐的硬化压板之间，并在压力下施加载荷，直至试样断裂。
根据ASTM D6641标准，也可以使用类似的试验工装进行与试样中组合力施加原理相对应的组合载荷压缩试验：
液压复合材料压缩工装(HCCF)由ZwickRoell独家提供，用于对复合材料进行压缩测试（试验力最高可达250 kN），它是一款功能非常齐全的压缩工装，也适用于符合ASTM D6641标准的组合载荷压缩试验。
HCCF的部分优势及特点
- 能够根据组合载荷压缩原理（ASTM D6641、ISO 14126方法2或空客AITM 1-0008）进行压缩试验
- 能够根据纯剪切载荷原理（ASTM D3410或ISO 14126方法1）进行压缩试验
- 适用于最高250 kN的压缩力
- 适用于宽度不超过35 mm的试样和厚度不超过10 mm的层压板
- 由于HCCF保留在试验机中，因此试验期间的试样测试效率很高
- 在试验期间，夹面彼此精确对中，且夹面之间没有位移
- 试样自由部分的观测不受限制，因此可以使用光学应变测量方法，如数字图像相关性(DIC)
注意：ASTM D6641标准要求在试样自由部分的相对表面上进行双侧应变测量。由于标准ASTM D6641试样几何形状的13x13 mm²面积相对较小，应变片通常是最合适的应变测量方法。有关详细信息，请参阅下面的 应变测量 一节。
- 夹紧试样时，由于黏胶层或标签厚度的偏差引起的变形（通过两侧测量的应变片之间>150 µe的绝对差即可识别）可以通过打开夹面和加垫片的方法快速、轻松地进行校正。
- 可用于-60 °C至+150 °C温度范围内的压缩试验
- 手动操作的液压泵可以实现非常精确的试样夹持
HCCF可使用具有鳞片图案或具有使用热涂层工艺形成的粗糙表面的夹面嵌件。在测试未贴标签的试样（ASTM D6641程序A）时，应使用带有热涂层的夹面。
ASTM D6641标准的试验机
对于使用标准试样按照ASTM D6641标准进行的压缩试验，以及纤维增强塑料的许多其他标准化试验方法，通常使用100 kN AllroundLine试验机即可。所示为压缩试验的试验装置，在顶部和底部配备有HCCF压缩工装和延长杆，可以在环境试验箱中进行压缩试验。在室温下进行的压缩试验不需要使用延长杆。右图所示为100 kN的试验机配置，使用倒楔形机械夹具进行拉伸试验（请参见右上角的小图片），可在不同的试验装置和试验工装之间轻松切换。通过轻松拆卸试样夹具，试验机的整个工作区域也可用于非标准试验。支脚可根据个人情况和人机工程学要求调整工作区域高度。
如果仅对玻璃纤维增强塑料(GFRP)进行测试，通常使用最大力为50 kN的静态试验机即可。
复合材料的模块化试验系统
较大测试实验室的试验量相应较高，可将不同的试验机用于极其多样化的复合材料测试方法，从而最大限度地减少转换工作量。各个试验机均可调整为各种试验类型所需的力范围。如果测试吞吐量不够大或者不够稳定，购置多台试验机并不经济时，另一个可选方案是购置一台适用于尽可能多试验方法的材料试验机，并尽量减少试验机的转换工作量。
ZwickRoell开发了一种模块化设计，该设计可作为100 kN或250 kN试验机提供，涵盖21种试验方法和约120个试验标准（ISO、EN、ASTM以及空客AITM和波音BSS），并允许在室温下或在-80 °C至+360 °C的低温或高温下对纤维增强复合材料进行全面表征。
借助我们的testXpert测试软件，进行符合ASTM D6641标准的可靠测试
我们的testXpert测试软件支持高效的测试和可靠的测试结果（符合ASTM D6641标准）：
- 无需对标准进行研究：通过标准测试程序保证符合标准 - ASTM D6641标准的所有特性值和参数均已存储。
- 通过连接外围设备，可以实现最大测试效率：将千分尺或卡尺的试样尺寸直接发送到测试软件可以节省时间并避免输入错误。
- 也可以通过该软件检查和控制试验箱内的温度。可以设置温度斜坡，并查看已进行回顾性维护的数值，确保可追溯性。
需要对试样进行双侧独立应变测量，以检测任何弯曲百分比，以及区分有效测试和无效测试。请参阅下面的试验条件 - 监控叠加弯曲变形（弯曲百分比）一节。
由于HCCF压缩工装的开放式设计，也可以使用在两侧独立测量的夹持式引伸计。不过，为此需要至少13 mm的自由长度。根据ASTM D6641标准，允许更长的自由长度，而且使用夹持式引伸计很有优势，前提是已相应确定试样厚度的尺寸以避免出现欧拉屈曲。
符合ASTM D6641标准的试验条件
试验速度
根据ASTM D6641标准，标称试验速度为1.3 mm/min。
有效的试样失效
ASTM D6641标准提供了一个3字母代码来记录试样失效，该代码明确定义了失效模式以及试样上的失效位置。由于纤维结构和经过测试的层压板不同，压缩试验中可能会出现不同的有效失效模式，例如横跨试样宽度的断裂、贯穿试样厚度的倾斜剪切断裂（通常在90°单向层压板的压缩试验中）、扭结带、扫掠、劈裂、分层或不同有效失效模式的组合。
压缩试验仅在试样于自由长度内断裂时才有效。在自由长度的中间区域断裂为理想情况，但是由于自由长度较短和部分倾斜的断裂表面，断裂也会发生在从夹面到自由区域的过渡处或从标签到自由区域的过渡处。这也被视为有效的试样失效。
无效的失效类型包括欧拉屈曲或试样端面的失效，以及夹持区域内的任何类型试样失效。
监控弯曲百分比
除了有效的试样失效以外，对于符合ASTM D6641标准的整体有效压缩试验，压缩载荷的弯曲百分比不得超过规定范围。为此计算的弯曲百分比值通过在试样两侧测定的应变信号ε1和ε2来确定，公式为By=(ε1-ε2)/(ε1+ε2)×100。
对于有效测试：在2000 µε下杨氏模量测定的平均伸长率区间内，By<10%；对于压缩强度和断裂应变，By<10%。
如果由于层压板在接近断裂强度时提前失效而导致应变信号出现跳跃和不连续，则即使是在90%的压缩强度下满足弯曲百分比标准，该测试也有效。
温度范围
由于纤维增强塑料的机械性能在很大程度上取决于温度，因此除了在环境温度下进行压缩试验外，还可以在低温和高温下执行试验。为此，ZwickRoell HCCF压缩工装可在-60°C至+150°C的温度范围内使用，涵盖了汽车应用-40°C至+80°C（+120°C）之间以及航空工业应用-55°C至+120°C之间的常见温度测试范围。
ASTM D6641标准试样和尺寸
| 试样类型 | 试样示意图 | 注意事项 |
|---|---|---|
| 未贴标签 （程序A） |  | 可用于0°层数小于50%的多向层压板， 前提是可以避免试样端面失效， 并且不需要将夹持力大幅增加到推荐水平以上。 |
| 已贴标签 （程序B） |  |
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- ±45° GRP层压板可用作标签材料，使用合适的粘合剂将其粘合到待测试的层压板上。对于厚度高达2.5 mm的试样，经证明1.6 mm左右的标签厚度比较合适。对于较厚的试样厚度，必要时应选择较厚标签。
- ASTM D6641标准未规定标准试样厚度。通常测试的试样厚度为2至3 mm。如果所用压缩试验工装合适，也可以测试较厚的层压板。对于较小的试样厚度，必须遵守标准中规定的欧拉屈曲尺寸，特别是对于刚度较低的层压板
- HCCF压缩工装最初是为按照空客AITM 1-0008标准进行组合载荷压缩试验而研发的。AITM 1-0008标准中规定的夹面长度为65 mm。因此，HCCF的原始夹面1.5 mm对于标准ASTM D6641试样几何形状来说过长。根据ASTM D6641标准，必须使用143 mm长的压缩试样与HCCF进行组合载荷压缩试验。或者，可以使用为140 mm标称试样长度设计的合适夹面。
