CFRP，全稱為CarbonFiberReinforcedPlastics。碳纖維復合材料因其優異的力學性能，在諸如航天航空、能源建筑、軍事工業等領域得到了越來多的重視和應用。而碳纖維復合材料相較于金屬鈑金材料，其在耐腐蝕、耐疲勞、比強度、比模量等方面的優勢，也在汽車設計領域受到越來越多的青睞。今天Aigtek安泰電子就給大家介紹一下由高電壓放大器組成的碳纖維材料疲勞測試系統。

在碳纖維材料疲勞測試中，因為損傷形式的多樣性影響，這些失效形式的耦合作用使得碳纖維復合材料的疲勞失效與現有汽車產業使用的常規鈑金材料有著很大的不同。以疲勞失效導致的裂紋為例，傳統金屬的裂紋擴展形式較為單一，而碳纖維復合材料的疲勞失效往往體現為裂紋場的擴展形式。所以疲勞測試的規劃按照其物理意義，以一個加載周期為表征且用一個波形來表示。

整個疲勞力學性能因規劃為主要針對加載頻率和碳纖維復合材料的疲勞壽命之間的影響關系。所以基于相同應力水平下，針對本文的碳纖維復合材料的樣片進行不同加載頻率的恒幅疲勞測試實驗，其加載頻率分別為：1Hz、5Hz和15Hz，與之相對應的疲勞性能試驗可以按照典型的應力比分為拉伸載荷疲勞力學試驗（R=0.1），壓縮載荷疲勞力學試驗（R=-0.5），其中拉伸載荷疲勞試驗分為0°和45°兩個方向進行，壓縮疲勞試驗為0°方向進行。

這些試驗中，其測試樣片與準靜態力學試驗所采用的相同。測試環境的設定根據ASTMD3479標準模擬室溫進行，溫度設定在20±5℃，濕度設定在45±5％。在應力比R=0.1的應力水平下共進行了不同加載頻率下的疲勞壽命試驗。

每組試驗進行3個壽命樣本的測試，試驗結果如表5所列。本文所采用的碳纖維復合材料的疲勞極限為236MPa，其對應的最大應力與抗拉強度的比值為0.70。與常規鈑金材料的比值0.30~0.50的范圍相比較，可以看出碳纖維復合材料在疲勞極限上體現出了更好的力學性能。

試驗后的樣片圖片可參見圖4，從失效樣片的斷口可以看出，由于不同的加載載荷所導致的應力水平不同，對于最高循環應力水平在疲勞循環的應力峰值（650MPa，相當于90%的抗拉強度）的失效樣件，其斷口呈脆性斷裂的特征且有部分纖維束被拉出。

而對于最低循環應力水平在疲勞循環的應力峰值（520MPa，相當于70%的抗拉強度）的失效樣件，并未出現宏觀失效。而其他幾級應力水平的樣片，分別出現了部分纖維斷裂乃至分層失效等宏觀表征。

應力比R=-0.5的應力水平下共進行了不同加載頻率下的疲勞壽命試驗。每組試驗進行3個壽命樣本的測試，其試驗結果如表6所示。

從試驗后的樣片圖5可以看出，除了一組試樣沒有出現斷裂的疲勞失效（對應于最低循環應力水平）外，其余幾組試樣都不同程度的出現了與準靜態壓縮試驗后相類似的失效模式，即試樣的斷面與加載方向都呈現出了一定的角度。

應力比R=-0.5下的材料疲勞極限(180MPa)小于應力比R=0.1疲勞載荷下的疲勞極限(236MPa)，即此碳纖維復合材料的拉伸疲勞性能要好于其壓縮性能。

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審核編輯 黃宇