摘 要
纖維增強材料通過將輕量化設計和高抗疲勞性結合，使其在許多不同的結構應用中得到了廣泛的應用。在設計階段，往往只考慮這些材料承受的拉伸載荷條件，以利用其優異的強度和抗疲勞性能。然而，在當前降低運輸車輛重量的挑戰中，復合材料的加載條件可能會擴大，因此不可能總是將加載限制在純拉伸條件下。
與金屬相比，壓縮載荷對復合材料來說是一種具有挑戰性的載荷情況。人們開展了大量的研究工作來了解復合材料的壓縮行為，并為其表征開發有效的方法，特別是壓縮疲勞試驗（載荷比R < 0和R > 1） ，目前普遍接受的方法很少，文獻中關于如何進行表征的報道也不多。
本文介紹了復合材料的壓縮失效模式。
1、概述
在拉伸載荷條件下，連續纖維增強塑料（Continuous fiber reinforced plastics ）可以顯示出其主要優勢。由于玻璃纖維和碳纖維能夠提供優異的疲勞性能，因此對于循環載荷尤其如此。然而，人們普遍認為，壓縮載荷是大多數復合材料的臨界載荷情況。
對于纖維增強塑料，這主要是由于不同長度尺度上的不穩定性，如從最小尺度的單纖維微屈曲到纖維束的不穩定性（即纖維扭結），再到孔層壓板的整體屈曲。準靜態測試很難辨別這些現象發生的順序，通常情況下，失效機制仍不清楚，在抗壓疲勞試驗中更是如此。
關于如何進行疲勞試驗，可以在文獻中找到不同的方法。對可靠設計數據的強制性要求是在隨后制造的部件中發現的條件下進行測試。因此，它通常需要防止整體屈曲，同時允許發生所有其他損傷機制。為了實現這一目標，可以確定軸向加載板或條狀試樣的兩種主要測試策略：一種常見的策略是將標距長度縮短到壓縮失效后發生整體屈曲的值，第二種方法使用防屈曲導向器來防止整體屈曲。
這些測試策略是靜態壓縮測試的既定方法，有時也用于疲勞測試。然而，這兩種方法中的夾具數量都很多，只有一些夾具可以進行疲勞測試。這些普遍接受的壓縮試驗方法由不同的試樣幾何形狀或加載條件補充。下圖中概述幾張常見的壓縮測試的概念裝置。
本文的主要目的是評估這些測試方法在壓縮疲勞測試方面的適用性，即包含壓縮載荷的載荷比(載荷比R < 0和R > 1)。評估基于報告的測試裝置的使用，或通過討論準靜態測試裝置的優缺點。這種方法是必要的，因為關于壓縮疲勞試驗的報道數量很少。
2、失效模式
2.1 纖維增強復合材料的壓縮破壞模式
纖維增強塑料的性能主要取決于所選增強材料的類型以及層壓板內各層的堆疊順序。對于壓縮載荷，與拉伸載荷相比，基體材料對于促進良好的纖維性能具有更大的重要性。由于纖維材料的高強度只能通過小直徑來實現，因此纖維的彎曲剛度通常較低，因此，由于不穩定性導致的早期變形，纖維也具有承受壓縮載荷的能力。
在疲勞載荷的情況下，基體材料必須防止或延遲纖維在較高負荷或循環次數增加時的離軸運動。這種類型的壓縮破壞被稱為微屈曲。研究人員對描述這種類型損傷的可用模型進行了廣泛的綜述。在細觀尺度上，單層本身也表現出較小的彎曲剛度。更高的壓縮載荷只能通過基體材料和纖維-基體界面的結合來實現。這種規模的損傷被認為是由于分層和縱向分裂而發生的。
另一種細觀尺度的失效模式是扭結帶。扭結帶的形成涉及一束纖維，這些纖維相對于未受損狀態發生位移。然而，目前還不清楚扭結帶是其他損傷機制的結果，還是由于制造造成的纖維錯位，而產生的自身損傷。
2.2 疲勞時壓縮損傷
與靜態壓縮試驗下觀察到的失效模式相反，在循環壓縮載荷下觀察到損傷模式的報道并不多，盡管如此，還是可以得出一些一般性的結論。對于具有明顯邊緣效應的疊層，經常報道稱在板狀試樣的自由邊緣形成局部分層。在循環加載過程中，這些分層逐漸增大，導致結構剛度損失，最終試樣發生穩定性破壞。
對不同碳纖維/環氧樹脂疊層在壓縮載荷下的實驗研究表明，對于沿載荷方向含有纖維的疊層，不存在剛度退化。對于具有[90]或[±45]增強的層壓板，情況并非如此，這些層合板存在剛度退化，這歸因于纖維-基體界面的退化。就疲勞比而言，多向層壓板的S–N曲線[（±45）/0/90]比單向層合板的斜率減小。這種差異可以通過離軸層的穩定效應來解釋。
