近年来，在航天军工领域中，战斗机机身、机翼、直升机旋翼、无人机整体结构中大量使用碳纤维材料，为了确保安全性，国家制订了《GB/T 3362-2017碳纤维复丝拉伸性能试验方法》，对碳纤维材料的弹性和韧性性能提出了更高的要求。因此在碳纤维材料研发阶段，需要在拉伸场景下测定碳纤维复丝的弹性模量和断裂伸长率。

图1 碳纤维材料在航天军工的使用

二、传统测量方式痛点

由于碳纤维复丝脆性大、单丝极细（5-7μm），接触夹持极易造成单丝压溃或损伤，加之其表面光滑易引发夹持滑移，以及引伸计自身的系统误差，共同导致应变测量在源头失真，致使测得的弹性模量等关键数据偏低，无法反映材料真实性能。

2、关键数据缺失

为防止引伸计在试样断裂时被损坏，通常需在测试中途将其拆除，这直接导致无法完整记录从加载到断裂的全过程，使得断裂伸长率这一关键指标数据缺失或严重不准。

3、操作复杂且不灵活

由于复丝试样柔软、不易对中，且接触式引伸计的标距固定、安装繁琐，对操作人员技术要求高，同时接触式引伸计对不同夹具和标距试样的兼容性差，导致整体测试效率低下，方法缺乏灵活性。

图2 传统接触式引伸计

三、LVE视频引伸计：光学无损测量技术

针对传统接触式引伸计测量的痛点，我们开发了基于非接触式光学测量原理的LVE视频引伸计，该技术有如下优点：

1、测量精度高

采用非接触测量，从根源上杜绝了因夹持造成的纤维损伤和滑移；同时其亚像素级的识别精度和极小的系统误差，能真实捕捉碳纤维的微小应变，从而确保弹性模量等关键数据的准确性与可靠性。

2、全程记录不缺失数据

凭借无惯性的高速图像采集能力，可全程、实时地追踪试样直至断裂瞬间，完整记录全过程的应变变化，从而准确获得断裂伸长率等此前难以捕捉的关键性能数据。

3、操作简单且灵活

通过简化对中流程（使用LVE特有的细丝标距模式）、提供软件自定义标距的能力，极大地降低了操作难度与人为误差，显著提升了测试效率、灵活性以及对不同测试需求的适应能力。

图3 LVE视频引伸计

四、应用案例

1、试验目的

· 测定碳纤维三代和二代复丝，拉伸场景下，弹性模量变化数值及百分比；

· 测定碳纤维三代和二代复丝，拉伸场景下，断裂延伸率变化数值及百分比。

图4 纤维二代（截面积0.073mm²）

图5 碳纤维三代（截面积0.060mm²）

2、试验环境

· 加载设备：MTS试验机C43.304

· 应变测量：视频引伸计LVE-MAX 12M

· 温度环境：常温20℃

· 振动环境：三楼自然振动

· 光照环境：实验室自然光

3、试验方案

· 试验方案示意图

图6 方案示意图

图7 现场图

· 试验步骤

试验方案1：测试对象为碳纤维二代复丝，标距100mm；采用10mm/min拉伸速度，运动至断裂；全程跟踪，采样帧率50fps，快门时间5000μs；测试5组。

试验方案2：测试对象为碳纤维三代复丝，标距100mm；采用10mm/min拉伸速度，运动至断裂；全程跟踪，采样帧率50fps，快门时间5000μs；测试5组。

4、试验分析

   试验2：碳纤维三代复丝数据

弹性模量：二代碳纤维复丝平均模量291.874GPa，三代碳纤维复丝平均模量403.197GPa，提升111.323GPa，提升百分比38%；

断裂伸长率：二代碳纤维复丝平均值1.26%，三代碳纤维复丝平均值1.03%，降低0.23%，降低百分比18%；

· 曲线分析