摘 要
纤维增强材料通过将轻量化设计和高抗疲劳性结合，使其在许多不同的结构应用中得到了广泛的应用。在设计阶段，往往只考虑这些材料承受的拉伸载荷条件，以利用其优异的强度和抗疲劳性能。然而，在当前降低运输车辆重量的挑战中，复合材料的加载条件可能会扩大，因此不可能总是将加载限制在纯拉伸条件下。
与金属相比，压缩载荷对复合材料来说是一种具有挑战性的载荷情况。人们开展了大量的研究工作来了解复合材料的压缩行为，并为其表征开发有效的方法，特别是压缩疲劳试验（载荷比R < 0和R > 1） ，目前普遍接受的方法很少，文献中关于如何进行表征的报道也不多。
本文介绍了复合材料的压缩失效模式。
1、概述
在拉伸载荷条件下，连续纤维增强塑料（Continuous fiber reinforced plastics ）可以显示出其主要优势。由于玻璃纤维和碳纤维能够提供优异的疲劳性能，因此对于循环载荷尤其如此。然而，人们普遍认为，压缩载荷是大多数复合材料的临界载荷情况。
对于纤维增强塑料，这主要是由于不同长度尺度上的不稳定性，如从最小尺度的单纤维微屈曲到纤维束的不稳定性（即纤维扭结），再到孔层压板的整体屈曲。准静态测试很难辨别这些现象发生的顺序，通常情况下，失效机制仍不清楚，在抗压疲劳试验中更是如此。
关于如何进行疲劳试验，可以在文献中找到不同的方法。对可靠设计数据的强制性要求是在随后制造的部件中发现的条件下进行测试。因此，它通常需要防止整体屈曲，同时允许发生所有其他损伤机制。为了实现这一目标，可以确定轴向加载板或条状试样的两种主要测试策略：一种常见的策略是将标距长度缩短到压缩失效后发生整体屈曲的值，第二种方法使用防屈曲导向器来防止整体屈曲。
这些测试策略是静态压缩测试的既定方法，有时也用于疲劳测试。然而，这两种方法中的夹具数量都很多，只有一些夹具可以进行疲劳测试。这些普遍接受的压缩试验方法由不同的试样几何形状或加载条件补充。下图中概述几张常见的压缩测试的概念装置。
本文的主要目的是评估这些测试方法在压缩疲劳测试方面的适用性，即包含压缩载荷的载荷比(载荷比R < 0和R > 1)。评估基于报告的测试装置的使用，或通过讨论准静态测试装置的优缺点。这种方法是必要的，因为关于压缩疲劳试验的报道数量很少。
2、失效模式
2.1 纤维增强复合材料的压缩破坏模式
纤维增强塑料的性能主要取决于所选增强材料的类型以及层压板内各层的堆叠顺序。对于压缩载荷，与拉伸载荷相比，基体材料对于促进良好的纤维性能具有更大的重要性。由于纤维材料的高强度只能通过小直径来实现，因此纤维的弯曲刚度通常较低，因此，由于不稳定性导致的早期变形，纤维也具有承受压缩载荷的能力。
在疲劳载荷的情况下，基体材料必须防止或延迟纤维在较高负荷或循环次数增加时的离轴运动。这种类型的压缩破坏被称为微屈曲。研究人员对描述这种类型损伤的可用模型进行了广泛的综述。在细观尺度上，单层本身也表现出较小的弯曲刚度。更高的压缩载荷只能通过基体材料和纤维-基体界面的结合来实现。这种规模的损伤被认为是由于分层和纵向分裂而发生的。
另一种细观尺度的失效模式是扭结带。扭结带的形成涉及一束纤维，这些纤维相对于未受损状态发生位移。然而，目前还不清楚扭结带是其他损伤机制的结果，还是由于制造造成的纤维错位，而产生的自身损伤。
2.2 疲劳时压缩损伤
与静态压缩试验下观察到的失效模式相反，在循环压缩载荷下观察到损伤模式的报道并不多，尽管如此，还是可以得出一些一般性的结论。对于具有明显边缘效应的叠层，经常报道称在板状试样的自由边缘形成局部分层。在循环加载过程中，这些分层逐渐增大，导致结构刚度损失，最终试样发生稳定性破坏。
对不同碳纤维/环氧树脂叠层在压缩载荷下的实验研究表明，对于沿载荷方向含有纤维的叠层，不存在刚度退化。对于具有[90]或[±45]增强的层压板，情况并非如此，这些层合板存在刚度退化，这归因于纤维-基体界面的退化。就疲劳比而言，多向层压板的S–N曲线[（±45）/0/90]比单向层合板的斜率减小。这种差异可以通过离轴层的稳定效应来解释。
