在復(fù)合材料大家族中，碳纖維復(fù)合材料因其具有碳材料的固有本性特征的同時(shí)又兼具有優(yōu)異的力學(xué)性能，并兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，從誕生起一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，在航空航天、汽車、建筑、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。
作為一種新型復(fù)合材料，碳纖維復(fù)絲拉伸性能，是評(píng)價(jià)碳纖維性能的重要力學(xué)性能指標(biāo)，也是目前最為常見的材料性能考核指標(biāo)。碳纖維極細(xì)（5μm-8μm），為脆性、高強(qiáng)低拉伸纖維，它的伸長(zhǎng)率和模量是很難精確測(cè)試的，拉伸過程的測(cè)試條件及測(cè)量方式極易對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生顯著影響。
DIC-3D應(yīng)變測(cè)量解決方案
利用新拓三維XTDIC系統(tǒng)可對(duì)碳纖維材料強(qiáng)力伸長(zhǎng)試驗(yàn)過程進(jìn)行全場(chǎng)測(cè)量，分析碳纖維試件的斷裂位置，計(jì)算拉伸強(qiáng)度、彈性模量、泊松比、延伸率等力學(xué)性能指標(biāo)，以期更好地掌握碳纖維力學(xué)特性，為碳纖維材料的研究、材料優(yōu)化和實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。
1、碳纖維材料實(shí)驗(yàn)對(duì)象
本次試驗(yàn)選取了多款碳纖維試件作為試驗(yàn)對(duì)象，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行靜力拉伸試驗(yàn)，通過試驗(yàn)研究試件的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)。以下為纖維0°布置和纖維45°布置的試件：
2、實(shí)驗(yàn)設(shè)備
XTDIC三維數(shù)字散斑全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)
系統(tǒng)主要硬件配制：Basler155um相機(jī)、施耐德23mm鏡頭、instron實(shí)驗(yàn)機(jī)
3、實(shí)驗(yàn)流程
1、根據(jù)試件大小調(diào)節(jié)測(cè)量幅面為200X150mm。
2、對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定。
3、將系統(tǒng)與instron實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行AD連接，獲取實(shí)驗(yàn)機(jī)力信號(hào)。
4、進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，相機(jī)實(shí)時(shí)采集圖像。
5、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。
4、拉伸結(jié)果
5、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
表1碳纖維計(jì)算數(shù)據(jù)
（1）拉伸強(qiáng)度：在軟件中輸出采集數(shù)據(jù)即可獲取最大拉伸力，用最大拉伸力除以截面積即可得出拉伸強(qiáng)度。
（2）在軟件中繪制兩點(diǎn)間的應(yīng)力應(yīng)變曲線，找到彈性階段的狀態(tài)100-500，在軟件中直接計(jì)算出彈性模量和泊松比。
（3）在軟件中選取標(biāo)距為30mm左右的兩個(gè)點(diǎn)，找到兩點(diǎn)變化的最大值，即可計(jì)算延伸率。
（4）剪切強(qiáng)度：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，可用最大剪應(yīng)力來表示剪切強(qiáng)度。
Pm為斷裂前最大力與5%剪切應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的較小值。
（5）剪切模量：選取彈性階段100-500狀態(tài)，選取橫向和縱向兩組點(diǎn)對(duì)，在軟件中直接計(jì)算出剪切模量。同時(shí)剪切模量也滿足關(guān)系G=E/2(1+μ)
本次試驗(yàn)拉伸加載過程中，利用新拓三維XTDIC系統(tǒng)對(duì)碳纖維試件進(jìn)行全場(chǎng)變形應(yīng)變測(cè)量，從試驗(yàn)可以看出，碳纖維的拉伸強(qiáng)度本身受到橫截面積效應(yīng)的影響，同時(shí)其離散型也受其影響，隨著試樣拉伸長(zhǎng)度的增加，碳纖維的強(qiáng)度離散性也將增加。
在評(píng)價(jià)碳纖維性能高低的各項(xiàng)指標(biāo)下，拉伸力學(xué)性能無疑是最為受關(guān)注的，拉伸性能的水平在很大程度上是衡量碳纖維質(zhì)量的指標(biāo)。通過三維光學(xué)測(cè)量技術(shù)可以獲取準(zhǔn)確的碳纖維材料的各項(xiàng)力學(xué)性能數(shù)據(jù)，助力碳纖維材料的創(chuàng)新研發(fā)、投入生產(chǎn)和工業(yè)應(yīng)用。