从静态到循环——ASTM D6873/D6873M-23聚合物基复合材料层压板轴承疲劳响应标准全解读
一、标准背景与定位
聚合物基复合材料（PMC）在航空航天、风电叶片、汽车轻量化等领域的螺栓连接结构中广泛应用。螺栓连接部位是复合材料结构中最薄弱的环节之一——紧固件孔边在循环载荷作用下承受反复的轴承力（bearing force） ，孔壁挤压变形、孔边分层、微裂纹扩展，最终导致连接失效。据统计，复合材料结构中超过70%的疲劳失效发生在螺栓连接区域。
ASTM D6873/D6873M-23《聚合物基复合材料层压板轴承疲劳响应标准实施规程》 （Standard Practice for Bearing Fatigue Response of Polymer Matrix Composite Laminates）正是针对这一问题制定的国际标准。该标准由美国材料与试验协会（ASTM） 发布，由ASTM D30（复合材料）委员会及其D30.05（结构试验方法）分委员会制定，发布日期为2023年9月1日，全部代替ASTM D6873/D6873M-19（2019版），是该标准的第4版。标准共8页，归入ASTM年鉴第15.03卷。
二、标准定位：ASTM D5961的“疲劳补充”
ASTM D6873/D6873M-23并非独立的试验方法，而是对ASTM D5961/D5961M《复合材料层压板轴承响应测定》 的补充。ASTM D5961规定了复合材料层压板静态轴承强度的测定方法，而ASTM D6873则在静态试验的基础上增加了循环加载条件，将测试从“一次压到坏”扩展为“反复加载直到失效”。
标准明确指出：“本规程提供了修改静态轴承试验方法的指导，以测定复合材料在循环轴承力作用下的疲劳行为。”
三、标准适用范围
| 参数 | 要求 |
|---|---|
| 材料形式 | 连续纤维增强聚合物基复合材料 |
| 层压板要求 | 相对于测试方向既对称又平衡 |
| 加载方式 | 恒幅单轴加载 |
| 载荷类型 | 拉伸、压缩或反向加载 |
| 疲劳变量 | 工程应力或施加的力 |
| 层压板范围 | 可接受的层压板和厚度范围见标准第8.2条 |
层压板“既对称又平衡”的要求意味着：铺层顺序相对于中面对称（如[0/90/90/0]），且对于每一偏离轴向的铺层（如+45°），存在一个与之配对的铺层（如-45°）。这一要求确保了材料在测试方向上的面内性能正交各向异性，避免耦合效应干扰轴承疲劳测试结果。
四、标准未强制规定的参数
标准明确指出了几项重要的试样参数并未强制规定，但要求必须明确指定并报告以确保结果的可重复性：
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| 紧固件选择 | 螺栓/铆钉的类型、材料、规格 |
| 紧固件安装方法 | 扭矩、预紧力、安装工艺 |
| 疲劳力/应力比 | R = F_min/F_max |
这些参数的选择直接影响轴承疲劳寿命，用户须根据实际工程应用场景确定并在报告中完整记录。
五、标准的核心用途
标准第5.1条明确指出，本规程旨在为材料规范、研究与开发、材料设计许用值和质量保证提供轴承疲劳数据。主要输出成果是试样在特定加载和环境条件下的疲劳寿命。重复测试可获得针对特定材料类型、层压板铺层顺序、环境和加载条件的疲劳寿命分布。
六、化学工业合成材料老化质量监督检验中心的服务能力
化学工业合成材料老化质量监督检验中心（广州老化所）下设复合材料检测实验室，已通过国家级CMA资质认定和中国合格评定国家认可委员会实验室认可（CNAS L1135） ，可依据ASTM D6873/D6873M-23标准提供检测服务，出具国际互认的检测报告。中心同时拥有中国民用航空总局适航目击试验实验室、中国商飞试验资格认可实验室等多项航空航天领域专业资质。
