ISO 527-4 | ISO 527-5纤维增强复合材料拉伸试验
符合ISO 527-4和ISO 527-5标准的拉伸试验用于测定纤维增强塑料主要材料方向上的拉伸模量和泊松比弹性特性值以及拉伸强度。 ISO 527-4标准描述了各向同性和各向异性纤维增强塑料的试验条件。 这包括具有非单向增强的复合材料，如垫子、织物或切割纤维，以及由各个单向层制成的多向层压板。 ISO 527-5标准描述了单向(UD)纤维增强塑料的试验条件。 两个标准都参考了ISO 527-1标准，这是用于测定拉伸性能的一般原则。
另一个经常用于长纤维增强塑料或连续纤维增强塑料拉伸试验的试验标准是ASTM D3039，其中包括各向同性和各向异性纤维增强塑料以及单向纤维增强塑料的试验条件。
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符合ISO 527-4和ISO 527-5标准的试验目标与特性值
对纤维增强塑料执行拉伸试验可测定材料开发和鉴定过程中的拉伸性能，以确定要用于复合材料结构布局与设计以及质量保证的特性值。无论是哪种纤维增强类型，下列特性结果和特性值均可在ISO 527-4和ISO 527-5中测定：
- 拉伸应力：与试样原始横截面积相关的拉伸负荷
- 轴向应变：载荷方向上初始标距单位长度的增量
- 横向应变：横向方向上初始标距单位长度的增量（仅用于泊松比测定）
- 拉伸模量：应力-应变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
- 拉伸强度：拉伸试验中测定的拉伸应力最大值
- 断裂应变：达到拉伸强度时的轴向应变
- 泊松比：横向正应变与轴向正应变的绝对值的比值
ISO 527-4、ISO 527-5以及ASTM D3039标准确立了纤维增强塑料拉伸试验的试验条件。尽管试验方法相似，但测定的特性值并不完全具有可比性，因为试样形状和试样尺寸以及特性值的测定在某些方面（例如，拉伸模量的应变区间）存在差异。
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。
使用testXpert测试软件按照ISO 527-4和527-5标准进行可靠的测试
使用testXpert可以按照ISO 527-4和ISO 527-5标准进行高效测试并获得可靠的测试结果：
- 无需再去研究标准：通过标准测试程序可保证符合标准 - ISO 527-4和ISO 527-5标准中规定的所有特性值和参数均已预先配置。
- 通过连接外围设备可达到最大测试效率：千分尺上的试样尺寸可直接发送至测试软件，从而为您节省时间并避免输入错误。
- 此外，还可以通过该软件验证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。
适用于ISO 527-4和ISO 527-5标准的拉伸试验机
对于使用标准试样按照ISO 527-4和ISO 527-5标准进行的拉伸试验，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试验机即可。 右图所示为100 kN的试验机配置，使用倒楔形机械夹具可在不同的试验装置和试验工装之间轻松切换。 由于试样夹具易于拆卸，所以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。
用于按照ISO 527-4和ISO 527-5标准进行应变测量的引伸计
为了正确测定弹性特性值和断裂应变，须直接在试样上测量应变。 要测定杨氏模量和断裂应变，测量轴向应变即可。 若要额外测定泊松比，需要一个双轴应变测量系统，该系统还可以测量横向应变。 对于应变测量，您可以使用应变计、传感器臂测量系统，如夹持式引伸计（限制：不要等到试样断裂）或自动传感器臂引伸计（makroXtens、multiXtens）以及非接触式光学系统(videoXtens)。
按照ISO 527-4和ISO 527-5标准进行试验的试验条件
试验速度
要设置的恒定试验速度取决于试样类型和试验目的。与用于材料表征的拉伸试验相比，用于质量控制的拉伸试验可以设置更高的速度。
- 有效的试样失效
在夹面内断裂或在从夹面到试样非夹持区域的过渡区域内断裂的试样无效，必须用新试样替换，以获得至少五个有效的测试结果。
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拉伸试验外，还可以在低温和高温下执行试验。此时，试验机可配备环境试验箱，温度范围为-80 °C至360 °C。
| 标准 | 试样类型 | 示意图 （简化，不按比例） | 应用 |
|---|---|---|---|
| ISO 527-4 | 1B型 哑铃状 |  |
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| 2型 不带加强片的矩形 |  |
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| 3型* 带加强片的矩形 |  |
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| 4型** 不带加强片的锥形 |  |
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| ISO 527-5 | A型、B型*** |  |
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- *对于ISO 527-4标准中的3型试样和ISO 527-5标准中的A型和B型试样，在试样两侧应用加强片。 这些施力元件（通常粘合在待测层压板上）的目的是减少夹具中的应力集中，从而避免夹面断裂（在试样夹具的夹面处或夹面内断裂）。 为此，由±45°GFRP层压板制成的加强片已证明了其价值所在。 通常使用直型加强片，而ASTM D3039标准也允许使用带斜嵌角的加强片。 也可以使用其他施力元件，包括那些未粘合的元件（例如，砂布或砂纸），前提是可以证明其达到相同的强度且特性值不存在较大的分散性。
- **对于新纳入ISO 527-4:2023标准的4型试样，其用于对多向连续纤维增强热塑性塑料进行不带加强片的拉伸试验，如果断裂发生在试样中心L0 = 25 mm直线标距长度之外，则必须重新计算结果。 ISO 527-4附录E中列出的4型试样拉伸强度的断裂相关计算已包含在ISO 527-4:2023标准的预配置testXpert测试程序中。
- ***ISO 527-5标准中的A型和B型试样具有不同的层压板厚度和试样宽度。 A型试样用于单向层压板0°方向的拉伸试验，其宽度为15 mm，层压板厚度为1 mm。另一方面，B型用于单向层压板90°方向的拉伸试验，其宽度为25 mm，层压板厚度为2 mm。这可确保0°拉伸试验中测得的力不会太高，而90°拉伸试验中测得的力足够大，因此这两种试样类型都可以使用相同的试验装置进行测试。 这种几何调整十分必要，因为ID层压板在纤维方向和跨纤维方向的强度上表现出极大的差异。
有关ISO 527-4和ISO 527-5标准的更多信息
- 为了测定单层级别的拉伸性能，生产多层复合材料时其各个层的取向相同。这些包括ISO 527-5标准中指定的0°或90°单向层压板。对于ISO 527-4标准中相应取向的多层编织复合材料，机械特性值也参考经纬方向。
- 除了为材料开发、材料鉴定和质量保证目的而执行拉伸试验外，在单层级别上测定的特性值还用于复合材料结构设计的分析计算方法。例如，利用经典的层压板理论，多向多层复合材料的弹性性能可通过各个层的特性值计算得出。此外，单层级别的强度值也用于计算失效标准（如最大应力、Hashin、Puck或LaRC）等。
- 由于多层复合材料的机械性能由各个层的取向决定，因此每个具有不同单层取向的多层复合材料都表现出不同的机械拉伸性能。所以，纤维增强塑料的材料机械性能仅在层压板的生产加工过程中才显现出来。生产加工过程本身对得到的特性值有显著影响。因此，通常通过机械测试来验证生产加工过程对纤维增强塑料(FRP)层压板机械性能的影响。
