樹脂基復(fù)合材料作為一種新型材料，以其輕量、耐腐蝕及良好的力學(xué)性能等而倍受青睞。由于其優(yōu)良的特性，目前已被廣泛應(yīng)用于航空航天、電子、超導(dǎo)、汽車及建筑等領(lǐng)域。為了進(jìn)一步擴(kuò)大復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域，作為材料性能和安全可靠性保證的手段，試驗(yàn)技術(shù)和評價(jià)方法的研究是必不可少的。

一、試驗(yàn)，評價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀

     (—)  特性評價(jià)的物理意義

      與通常的金屬材料及其它結(jié)構(gòu)材料相比，復(fù)合材料具有無延伸性和異向性顯著的特點(diǎn)，因此與通常的金屬材料不同，存在三個問題：(l)在夾持部無因塑性變形而引起的緩和應(yīng)力集中作用；(2)在測試部難以獲得均勻的應(yīng)力分布；(3)應(yīng)力傳遞部容易引起破壞等問題。目前，復(fù)合材料的力學(xué)特性試驗(yàn)與評價(jià)方法作為既定標(biāo)準(zhǔn)已不鮮見，但多數(shù)都存在上述問題。其中有些已歷經(jīng)修改而成為具有較高水平的“標(biāo)準(zhǔn)”，但同樣存在不盡人意之處。理想的情況下，力學(xué)特性試驗(yàn)法應(yīng)該是評價(jià)材料某一物理特性值的，但許多情況下都由于應(yīng)力集中等影響而只能獲得表現(xiàn)值，得不到材料的真實(shí)數(shù)據(jù)，因此在應(yīng)用這些試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)時，必須充分理解和認(rèn)識它們的物理意義。

      (二)評價(jià)方法存在的問題

       關(guān)于復(fù)合材料力學(xué)性能的評價(jià)，迄今已有許多實(shí)驗(yàn)方法，其中有些方法比較簡單，而且已經(jīng)制定了標(biāo)準(zhǔn)。有些實(shí)
驗(yàn)方法涉及復(fù)合材料固有的復(fù)雜性，尚不夠成熟，有待進(jìn)一步研究。與普通的金屬材料等相比，復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)、多功能和高性能的特點(diǎn)，與普通材料有質(zhì)的區(qū)別，但也有難以克服的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的金屬材料相比，復(fù)合材料延伸性小，各向異性顯著，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。這些特點(diǎn)使試驗(yàn)材料產(chǎn)生理想的破壞方式極其困難。日前國際上借用金屬材料的測試評價(jià)方法較多，在實(shí)際使用中存在的問題也較多，許多方法是在沒有更好方法的情況下而采取的權(quán)宜之計(jì)。試樣的破壞方式往往與所期望的破壞方式相差較大，復(fù)合材料的力學(xué)性能無法準(zhǔn)確反映，只能用于同一材料的比較和生產(chǎn)控制，而不能作為獲得材料設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的方法與手段。對于傳統(tǒng)的金屬材料，其實(shí)驗(yàn)方法的不完善部分往往會被材料本身的延伸性所抵消與克服，而復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)方法的缺陷和問題會直接影響測試結(jié)果，許多情況下由于應(yīng)力集中等影響而只能獲得材料的表觀測試值，特別是試驗(yàn)結(jié)果常常依賴于試樣形狀與尺寸，存在所謂的“尺寸效應(yīng)”，得不到材料的客觀真實(shí)物性值。用作設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)常常會產(chǎn)生錯誤，影響使用壽命和浪費(fèi)資源，甚至危及安全。因此，研究和開發(fā)科學(xué)可靠的復(fù)合材料力學(xué)性能測試與評價(jià)方法是復(fù)合材料發(fā)展中急待解決的課題。隨著復(fù)合材料科學(xué)的發(fā)展，試驗(yàn)與評價(jià)方法也應(yīng)不斷更新。
        (三)國內(nèi)外研究與應(yīng)用情況

        國際上以美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)及日本JIS標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)建立起一套測試評價(jià)復(fù)合材料各種力學(xué)性能的方法和標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)
實(shí)際使用情況和存在問題組織國際合作研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)年多個階段的研究。對現(xiàn)行的復(fù)合材料試驗(yàn)方法的適用范圍、測試方法、測試夾具及試樣形狀及尺寸等進(jìn)行了反復(fù)修改與補(bǔ)充，以達(dá)到獲得各種測試目標(biāo)下材料的真實(shí)數(shù)據(jù)和易于
實(shí)施的目的，同時也為復(fù)合材料力學(xué)性能評價(jià)技術(shù)的國際標(biāo)準(zhǔn)化奠定了基礎(chǔ)。此外，歐洲一些國家于1992年、1994年
在德國召開了兩屆歐洲復(fù)合材料會議，專門討論了擴(kuò)大復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域所必不可少的試驗(yàn)方法與標(biāo)準(zhǔn)化，從評價(jià)方
法的基礎(chǔ)研究到試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的推廣應(yīng)用等進(jìn)行了廣泛的研究和討論，并對復(fù)合材料的市場規(guī)模和試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)化的國際性協(xié)作提出了規(guī)劃和建議。以美、日、英、法等為首的復(fù)合材料發(fā)達(dá)國家于1984年開始對材料的試驗(yàn)與評價(jià)進(jìn)行了國際合作研究，制定了該組織的協(xié)作計(jì)劃VAMAS，并于1987年起對復(fù)合材料試驗(yàn)方法存在的問題及改進(jìn)展開了巡回合作研究。除常溫下的試驗(yàn)方法外，對特殊環(huán)境下使用的復(fù)合材料的試驗(yàn)方法，如超低溫下的試驗(yàn)與評價(jià)方法進(jìn)行大量的研究，加快了復(fù)合材料向超導(dǎo)領(lǐng)域的應(yīng)用。

       在我國，由國家建材局及中國船舶工業(yè)總公司提出的、由全國纖維增強(qiáng)塑料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會歸口的復(fù)合材料主
要試驗(yàn)方法的國家標(biāo)準(zhǔn)已有許多。但多數(shù)也是上世紀(jì)80年代初借用金屬材料的試驗(yàn)方法或參照國外同類方法制定的標(biāo)準(zhǔn)，許多試驗(yàn)方法有待于進(jìn)一步改進(jìn)。目前我國低檔次的產(chǎn)品較多，產(chǎn)品的力學(xué)性能不高。一些企業(yè)不注重產(chǎn)品性能
的合理、經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制，導(dǎo)致產(chǎn)品使用壽命短和材料資源的浪費(fèi)。

二、試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)化動向

    （—）評價(jià)項(xiàng)日的多樣性

      樹脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能通常包括拉伸、壓縮、彎曲、剪切、沖擊、硬度、疲勞、耐磨、斷裂韌性等。但由于材料的各向異性，強(qiáng)度與彈性系數(shù)等測定項(xiàng)目非常之多，為此必須進(jìn)行多種試驗(yàn)。特別是破壞強(qiáng)度，對于各向同
性材料，如果進(jìn)行應(yīng)力變換，多數(shù)情況基本上都可以用單一的破壞形態(tài)來描述。而對于復(fù)合材料，材料特性、載荷方式（拉伸、壓縮、剪切等）、增強(qiáng)材料方向與主應(yīng)力方向間關(guān)系等的組合使得破壞形態(tài)多種多樣，必須對每一種破壞形態(tài)進(jìn)行試驗(yàn)。然而，對于所評價(jià)的強(qiáng)度特性值是否為所期望的破壞形態(tài)之表現(xiàn)．例如拉伸試驗(yàn)時是否產(chǎn)生試樣根部破壞，彎曲試驗(yàn)時有無剪切破壞，層間剪切試驗(yàn)時有無搭橋纖維的斷裂等，如果不進(jìn)行細(xì)致的分析和確認(rèn)，就有可能得出錯誤的判斷和結(jié)論。

     （二）材料種類的多樣性

      復(fù)合材料集多學(xué)科知識為一體，是原材料通過特定的組合方式所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)物和材料的統(tǒng)一。增加材料、樹脂基
體及其組合方式種類較多，靈活多變，就增強(qiáng)形態(tài)來講，目前有粒了增強(qiáng)、纖維增強(qiáng)及分予間復(fù)合型等。纖維增強(qiáng)型中還有短纖維、長纖維，一維、二維及三維增強(qiáng)方式等，而且由于其可設(shè)計(jì)性，各種新材料不斷出現(xiàn)。因此，評價(jià)材料同一特性的試驗(yàn)方法也有多種，但究竟哪種方法更合理、更可靠有待于進(jìn)一步研究。復(fù)合材料還是一種正在不斷開發(fā)的新型的材料。隨著新材料逐步向高科技領(lǐng)域擴(kuò)展，對試驗(yàn)與評價(jià)方法的可靠性要求將越來越高。

    （三）試驗(yàn)方法的國際標(biāo)準(zhǔn)化

      國際上，如美國ASTM，日本JIS和歐洲EN標(biāo)準(zhǔn)均已規(guī)定了許多復(fù)合材料的試驗(yàn)方法，而且在不斷改進(jìn)和修訂。但近幾年來，以歐洲為主的ISO的作用及影響越來越大，并逐漸顯示出其重要性。目前，ISO正在對許多先進(jìn)復(fù)合材料的試驗(yàn)方法加緊進(jìn)行審議和標(biāo)準(zhǔn)化工作，對各國的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上制定新的國際標(biāo)準(zhǔn)。ASTM和JIS在制定新標(biāo)準(zhǔn)時也向ISO推薦，有向ISO逐漸靠近和統(tǒng)一趨勢。為此，我國也應(yīng)該研究和制定與國際接軌的試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)，積極參與國際競爭。
    （四）數(shù)據(jù)庫的建立與動向

      在研究試驗(yàn)方法的同時，建立數(shù)據(jù)庫對于擴(kuò)大和普及復(fù)合材料的應(yīng)用是非常重要的。研究和把握影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的試驗(yàn)方法及其標(biāo)準(zhǔn)化動向，對創(chuàng)建科學(xué)可靠的復(fù)合材料數(shù)據(jù)庫更加重要。目前國際上也尚未建成全面可靠的數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫的制作與更新將為機(jī)械結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)者提供立即可用的有效數(shù)據(jù)，對于擴(kuò)大復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域和提高其使用的可靠性是很重要的。尚未建成全面可靠的數(shù)據(jù)庫的原因主要在于：(1)復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性且設(shè)計(jì)自由度很大，所需數(shù)據(jù)量非常龐大；(2)考慮材料的異向性與數(shù)據(jù)的離散性進(jìn)行設(shè)計(jì)時，需要非常復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；(3)由于復(fù)合材料處于開發(fā)階段，數(shù)據(jù)需要不斷更新；(4)現(xiàn)行的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)難以獲得材料的真實(shí)數(shù)據(jù)。為了擴(kuò)大復(fù)合材料在一般產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，還需要最基本的組分材料物性值、復(fù)合結(jié)構(gòu)與形態(tài)及常規(guī)的力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫。板材，有孔板、連接部件等的數(shù)據(jù)也須去研究和建立。否則無法對各類結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行精確可靠和經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)。

       總之，復(fù)合材料是一種可設(shè)計(jì)、多功能、高性能的新型材料。對于這樣的新材料的試驗(yàn)與評價(jià)方法，目前世界各國均處于制定試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)研究和實(shí)施論證階段。可以直接引用和借鑒的成熟試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)較少。因此我國也必須重新認(rèn)識復(fù)合材料試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)化的重要性，有必要對現(xiàn)行試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行認(rèn)真研究和改進(jìn)，積極參加標(biāo)準(zhǔn)化研究的國際性協(xié)作活動，加緊和加快建立更科學(xué)、更可靠的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，并與國際性標(biāo)準(zhǔn)接軌。今后應(yīng)密切注視國際上復(fù)合材料力學(xué)性能評價(jià)的試驗(yàn)方法及動向，加快我國復(fù)合材料的推廣和普及，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)評價(jià)方法的標(biāo)準(zhǔn)化和材料的標(biāo)準(zhǔn)化，增加參與國際性競爭的能力。特別是當(dāng)復(fù)合材料用于各類機(jī)械結(jié)構(gòu)物時，為了選擇材料和確定材料的設(shè)計(jì)容許值，可靠的力學(xué)特性試驗(yàn)法及真實(shí)的數(shù)據(jù)是至關(guān)重要的。