国家标准计划《碳纤维增强复合材料 高加载速率下I型层间断裂韧性的测定 霍普金森杆法》由 TC572（全国碳纤维标准化技术委员会）归口 ，主管部门为国家标准委。

主要起草单位 西北工业大学 。

因其高的比刚度、比强度以及优良的抗疲劳性能等特性，碳纤维增强树脂基复合材料在航空、航天、风能发电等领域有着广泛的应用前景。

近年来，大型商用飞机得到迅速发展，对高性能商用航空发动机提出迫切需求，具有优异特性的碳纤维复合材料已成为航空发动机的重要选材之一，其重量比接近发动机总重的35%，已成功应用于大涵道比商用发动机的风扇机匣和叶片等部位，如美国通用公司研发的GE系列发动机采用编织复合材料制备风扇机匣，铺层复合材料制备风扇叶片。

然而，对于层合板等铺层复合材料来说，层间无增强相，层间强度低，在冲击载荷作用下复合材料结构极易发生快速的分层扩展。

分层会导致复合材料结构的弯曲刚度下降，影响整个结构的稳定性甚至对结构造成灾难性的破坏。

分层会显著影响复合材料的结构完整性和服役性能，通过试验测定复合材料层合板的层间断裂韧性对于复合材料结构抗冲击设计损伤容限评估至关重要。

平均每架商用飞机每年会发生8次复合材料损伤事故，其中7次来源于撞击。

飞机结构在受到维修工具、冰雹、飞鸟和跑道碎片等的冲击作用时，会产生不可见的分层损伤，会显著影响复合材料结构的完整性及降低其剩余强度，从而降低复合材料的使用极限和服役寿命。

而在冲击载荷下，层间裂纹的传播速度可能高达200-500 m/s，这显然不再是断裂静力学的研究范畴。

虽然，准静态和动态裂纹的扩展特性完全不同，但是由于缺少可靠的动态断裂实验方法，目前对冲击载荷下裂纹的动态扩展行为研究还不够深入。

针对准静态加载下纤维增强复合材料层间断裂韧性的试验测定，已经有相应的标准GB/T 28891，其中规定的加载速率为1-5 mm/min。

而高加载速率下的裂纹扩展特性与准静态具有明显差异，复合材料的层间断裂韧性也表现出明显的加载速率相关性。

另外，在高加载速率下，试样的惯性效应和动态效应引起的结构扰动必须被考虑，准静态下的层间断裂韧性测试方法已不再适用。

本标准制定的目的是通过设计高加载速率下层间断裂试验，测定高加载速率下碳纤维增强复合材料的I型层间断裂韧性。

标准的制定对于复合材料抗冲击性能的评估、复合材料结构安全性设计、剩余强度的估计以及损伤容限设计具有重要的工程应用价值。

从产业需求和国家政策角度来说，复合材料作为新材料被列为国家重点发展的战略性新兴产业，已成为支撑现代高科技发展的基础和先导。

然而复合材料及制品的力学性能等检测数据的可靠性成为制约复合材料在更多领域大规模使用的关键因素。

力学性能测试及其标准化是保障复合材料性能和安全可靠性的手段，已成为加速复合材料快速发展和应用的重要课题。

2022年，工信部、科学技术部、自然资源部联合发布《“十四五”原材料工业发展规划》明确：“提升先进制造基础零部件用钢、高强铝合金、稀有稀贵金属材料、特种工程塑料、高性能膜材料、纤维新材料、复合材料等综合竞争力”。

碳纤维复合材料力学性能测试标准的制定对于提升复合材料应用水平、促进复合材料在战略性新兴产业等重要工业领域扩大应用具有重要意义。

然而，目前国际和国内均缺少有关高加载速率下碳纤维复合材料层间断裂韧性的测试标准，标准缺失问题突出。

在国际国内均缺少高加载速率下碳纤维复合材料层间断裂韧性测试标准的情况下，而且据了解国际上有关高加载速率碳纤维复合材料层间断裂韧性的测试标准的制定工作已经在推进过程中，如果能够首先在国内制定该标准并不断完善和推广，不仅能够填补国际空白，也将成为该领域的重要参考和依据，推动国际标准体系的完善。

这不仅有助于提升中国在国际标准制定领域的话语权，提高中国在国际标准化体系中的影响力和认可度，还能为其他国家和地区制定类似标准提供借鉴和参考。

未来，中国制定的高加载速率下碳纤维复合材料层间断裂韧性测试标准有可能被纳入国际标准化组织的标准体系中，从而推动全球范围内该领域标准体系的完善和发展。

范围：本标准规定了用双悬臂梁试样测定碳纤维增强复合材料在高加载速率下I型层间断裂韧性GIC的方法，本标准适用于碳纤维增强的热固性和热塑性复合材料。 主要技术内容：采用单轴双向电磁霍普金森杆或者能够实现单轴双向加载的高速实验设备对试样进行加载，通过采集到的试样两端加载位移历程和裂纹起始时间，最后采用基于位移的理论公式或者实验-数值混合方法获得高加载速率下I型层间断裂韧性。本标准规定了用于高速双悬臂梁试验的试样制备、试验设备、数据处理、试验报告等内容，规定了加载同步性的技术要求。