試驗背景：
為提高飛機的安全性，并盡可能減輕飛機質(zhì)量，需掌握飛機結(jié)構(gòu)件材料-碳纖維增強復(fù)合材料的動態(tài)力學特性，獲得材料在不同應(yīng)變率下的力學性能參數(shù)，為復(fù)合材料飛機結(jié)構(gòu)的抗沖擊設(shè)計和仿真分析提供準確的材料參數(shù)。

采用新拓三維XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)搭配高速攝像機，對兩種鋪層碳纖維增強復(fù)合材料進行常溫下中低應(yīng)變率力學性能試驗，高速攝像機全場實時記錄試件變形破裂完整過程，得到不同應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變曲線和失效參數(shù)。

DIC三維應(yīng)變測量試驗系統(tǒng)
XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)，搭配高速攝像機追蹤試樣快速變化表面特征點的變化，然后通過DIC分析軟件來實現(xiàn)對試樣全場應(yīng)變、位移的測量，具有非接觸、全場測定、操作簡單的優(yōu)點。

結(jié)合電子萬能試驗機和高速液壓伺服材料試驗機，獲得應(yīng)變率6.7×10-4~500 s-1范圍內(nèi)[(±45°)]4s和[(±45°)]8 兩種鋪層碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料的動態(tài)力學性能，分析材料拉伸強度和失效應(yīng)變的應(yīng)變率敏感特性及斷裂行為。

DIC三維應(yīng)變測量試驗內(nèi)容

DIC三維應(yīng)變測量-散斑處理后的試樣

在中低應(yīng)變率拉伸試驗中，利用XTDIC三維全場應(yīng)變測量系統(tǒng)搭配高速攝像機，實時采集目標區(qū)域變形的散斑圖像，結(jié)合DIC分析軟件和相關(guān)算法計算試件的位移場，進而得到試件表面的應(yīng)變場，經(jīng)后處理分析得到動態(tài)拉伸應(yīng)變率。

非接觸式高速DIC測試

動態(tài)拉伸應(yīng)變分析結(jié)果

動態(tài)拉伸應(yīng)變率曲線

通過兩種鋪層碳纖維復(fù)合材料中低應(yīng)變率范圍內(nèi)的真實應(yīng)力應(yīng)變曲線，可知在應(yīng)變率6.7×10-4~500 s-1 范圍內(nèi)，應(yīng)變率對兩種鋪層碳纖維復(fù)合材料的力學性能影響均較大。隨著應(yīng)變率的增加，材料的流動應(yīng)力顯著增大。

碳纖維復(fù)合材料的真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線

材料失效特性分析

a實驗件斷裂結(jié)果

[(±45°)]8鋪層失效結(jié)果

a實驗件斷裂結(jié)果

[(±45°)]4s鋪層失效結(jié)果

測試結(jié)論

1）DIC三維應(yīng)變測量-動態(tài)力學性能：獲取兩種鋪層碳纖維復(fù)合材料在不同應(yīng)變率下的真實應(yīng)力應(yīng)變曲線，兩種鋪層碳纖維復(fù)合材料均具有明顯的應(yīng)變率強化效應(yīng)，材料的流動應(yīng)力隨應(yīng)變率的提高而顯著增強。

2）DIC三維應(yīng)變測量-中低應(yīng)變率范圍內(nèi)，[(±45°)]4s 碳纖維復(fù)合材料的失效模式為燕尾型破壞，[(±45°)]8 為剪切破壞。兩者均發(fā)生局部的纖維斷裂和分層失效，且分層損傷面積隨應(yīng)變率的提高逐漸增大。

3））DIC三維應(yīng)變測量-[(±45°)]8碳纖維復(fù)合材料的名義失效應(yīng)變在應(yīng)變率 6.7×10-4~10s-1范圍內(nèi)變化較小，在應(yīng)變率10~500 s-1范圍內(nèi)先減小后增大。[(±45°)]4s碳纖維復(fù)合材料在應(yīng)變率6.7×10-4~10 s-1范圍內(nèi)變化較小。此外，兩者的名義失效應(yīng)力均隨應(yīng)變率的增大而逐漸增大。

案例摘自：【惠旭龍，中國飛機強度研究所 結(jié)構(gòu)沖擊動力學航空科技重點實驗室，碳纖維增強復(fù)合材料的中低應(yīng)變率 力學性能試驗研究】