1、复合材料力学性能测试与数字图像相关技术的应用

复合材料力学性能测试与数字图像相关技术的应用

1. 复合材料的应用与测试需求

聚合物基复合材料凭借高刚度、高强度和低重量的特性，在陆地、航空和水上运输等结构轻量化应用中得到广泛使用，如汽车、航空航天、海军和能源转换（如风力涡轮机叶片）等领域。为了确保这些结构部件在不同加载条件（包括加载类型、环境条件）和加载速率（准静态、单调、循环和动态）下的安全性和可靠性，需要对其力学性能进行可靠研究，深入了解其变形、损伤和断裂行为。

对于纤维增强复合材料层合板的分析描述，需要层内（面内）和层间（厚度方向）的材料性能，如模量、强度和断裂韧性等参数，这些参数是数值模型的重要输入数据。在过去几十年中，为了获取这些数据，开发了许多不同的机械测试程序，但在测试过程中仍面临诸多挑战。例如，在确定剪切性能时，由于难以在试样中获得相对纯净和均匀的应力状态，大约有二十多种测量技术被开发出来，其中一些还得到了ASTM和ISO标准的支持。此外，碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料的脆性和单向（UD）结构的高度各向异性，即使在准静态加载条件下，也给测试带来了额外的困难。

2. 传统测试方法的局限性与DIC技术的优势

传统上，标准推荐使用应变片和其他基于接触的技术（如引伸计）来测量变形和应变，以确定弹性模量和破坏应变。然而，这些方法存在一定的局限性。而数字图像相关技术（DIC）的出现为材料测试带来了新的机遇。

DIC是一种光学应变测量技术，它可以生成高分辨率的位移和应变场图，能够实现无接触的全场映射，包括面内和（立体DIC的）面外位移以及轴向、横向和剪切应变，从而揭示整个试样的变形和损伤模式。结合数值模拟，全场变形测量还可以进行逆建模。

3. 测试方法与