复合材料因高比强度、高比模量等特性广泛应用于航空航天、汽车等领域，其屈服强度是评估结构安全性的核心指标。然而，测试过程中层间剪切效应易干扰结果准确性，成为制约测试可靠性的关键问题。深入研究层间剪切效应对复合材料屈服强度测试的影响，是优化测试方法、提升数据可信度的重要基础。
层间剪切效应的基本概念与产生机制
复合材料通常由纤维增强相和基体相通过层合工艺制备，各层片沿特定方向铺设，层间通过基体粘结形成整体。层间剪切效应指测试过程中，外力在层间界面产生的剪切应力超过界面粘结强度，导致层间滑移、分层甚至破坏的现象。
从力学机制看，复合材料层间界面是结构薄弱环节——纤维与基体粘结强度远高于层间界面（通常为基体强度的1/5~1/3）。当试样承受轴向或弯曲载荷时，各层片变形不协调会产生层间剪切应力：如拉伸测试中，试样两端夹持约束使表层纤维先受力，内层纤维变形滞后，层间产生剪切应力；弯曲测试时，跨中区域上下表层分别受拉和受压，中间层剪切应力达最大值，易引发层间破坏。
层间剪切效应本质是层间界面力学性能不足，无法承受测试加载的剪切应力。这种效应不仅导致试样提前破坏（破坏形式从基体屈服变为层间分层），还使测试“屈服强度”偏离真实值——层间破坏早于基体塑性变形时，测得的是层间粘结强度而非材料屈服强度。
常见屈服强度测试方法中的层间剪切干扰
拉伸测试是常用方法，但试样两端夹持方式易引发层间剪切干扰。如平夹头夹持时，夹持区压力向内部传递，导致表层纤维受挤压、内层受拉，层间产生剪切应力；若夹持力过大或不均，会直接造成夹持区层间分层，使试样未达基体屈服前破坏。
压缩测试中层间剪切效应更显著。复合材料压缩破坏分为纤维屈曲、基体屈服和层间分层，层间剪切应力会加速纤维屈曲——当层间剪切使纤维产生横向位移，有效承载面积减小，屈曲载荷降低，导致压缩屈服强度测试值偏低。
弯曲测试（三点/四点弯曲）因操作简便广泛应用，但跨中区域层间剪切应力集中是固有问题。四点弯曲的剪切应力分布较三点均匀，但跨中纯弯曲区长度有限（通常为试样长度1/3），仍无法完全消除；三点弯曲跨中剪切应力峰值是弯曲应力的1.5~2倍，极易引发层间破坏先于基体屈服。
面内剪切测试（如Iosipescu测试）虽以测剪切强度为目标，也可评估层间剪切效应——当面内剪切应力作用时，层间剪切应力与面内应力的比值反映界面敏感性，比值过高说明测试结果易受干扰。
试样几何参数对层间剪切效应的影响
试样厚度影响层间剪切应力分布均匀性。如10mm厚碳/环氧试样，表层与内层剪切应力差达30%以上；2mm厚试样仅10%——厚度增加导致层间应力梯度增大，更易引发局部层间破坏。
长宽比（长度/宽度）影响载荷传递均匀性。长宽比过小（<5:1）时，横向约束增强，层间剪切应力无法沿长度分散，易在夹持区或加载点附近破坏；过大（>15:1）时，试样柔度增加，整体弯曲变形降低剪切应力集中。
层合顺序通过改变层间应力分布影响剪切效应。如[0°/90°]s层合板，0°与90°层纤维模量差异大（0°约为90°的10倍），变形不协调明显，层间剪切应力集中；[±45°]s层合板模量差异小，剪切应力分布均匀，效应较弱。
试样边缘质量也很重要——边缘有毛刺或脱粘时，加载时边缘剪切应力急剧增大，成为破坏起始点。需采用水切割或金刚石砂轮切割，保证边缘平整无损伤。
加载方式与边界条件的调控作用
加载速率影响层间剪切效应。复合材料层间界面具粘弹性，加载越快，界面粘结强度越低（粘弹性松弛无法及时发挥）。如1mm/min速率加载时，碳/环氧层间剪切强度45MPa；10mm/min时降至32MPa——速率提高使剪切应力峰值增大，更易破坏。
夹持方式直接影响夹持区剪切应力。平夹头接触面积大，但压力分布不均（边缘高于中心），易导致夹持区分层；楔形夹头通过斜面转化夹持力为轴向张力，压力分布均匀，可使拉伸测试层间破坏率从60%降至15%以下。
边界条件改变影响应力分布。如三点弯曲中，简支梁支撑使跨中剪切应力集中；固定梁（两端固定）增加刚度，剪切应力向两端分散，跨中峰值降低约20%。
加载点位置影响剪切效应。四点弯曲中，加载点间距越大（如20mm增至40mm），跨中纯弯曲区长度增加，剪切应力分布范围扩大，峰值降低——间距为跨度1/2时，跨中剪切应力降至三点弯曲的50%。
层间剪切效应的定量评估方法
有限元模拟是量化有效工具。建立三维层合板模型，输入材料参数（纤维/基体模量、层间粘结强度）和测试条件（加载方式、边界条件），可计算层间剪切应力分布云图，明确应力集中位置和峰值。如10mm厚、长宽比10:1的碳/环氧拉伸模拟显示，夹持区剪切应力峰值80MPa，远高于层间粘结强度（40MPa），说明必然发生层间破坏。
声发射（AE）技术可实时监测层间破坏。层间分层释放弹性波，AE传感器捕捉信号并通过幅值、频率判断破坏类型（层间分层频率50~150kHz，基体开裂200~500kHz）。如弯曲测试中，AE信号频率突然降至100kHz以下，说明层间破坏开始，此时载荷为层间破坏载荷，可评估对屈服强度测试的影响。
对比实验法最直接。制备不同参数试样（厚度、层合顺序），相同条件下测试，统计层间破坏率和强度偏差。如5组不同厚度试样测试显示，厚度从2mm增至10mm，破坏率从5%升至70%，屈服强度从120MPa降至85MPa——这种线性关系可建立量化模型。
测试数据的层间剪切效应修正策略
基于有限元的修正模型常用。通过模拟得到剪切应力与试样参数（厚度、长宽比）的关系，建立修正公式：如拉伸测试中，σ_corr = σ_test / (1-k·t)（k为厚度修正系数，t为试样厚度）。验证显示，10mm厚试样修正后强度从85MPa升至118MPa，接近真实值（120MPa）。
归一化方法消除参数影响。将屈服强度除以厚度与长宽比的乘积，得到归一化强度值，可消除厚度和长宽比的影响。不同厚度碳/环氧试样归一化后，标准差从15MPa降至5MPa，一致性显著提升。
选择对剪切不敏感的测试方法是源头策略。如面内剪切测试（Iosipescu）使试样产生纯剪切变形，层间剪切应力小；轴向压缩测试用防屈曲夹具限制横向变形，减少剪切应力。实验表明，面内剪切测试偏差<5%，远低于弯曲测试的30%。
实际测试中的层间剪切效应防控要点
试样制备需控制层间粘结质量。采用预浸料和热压罐工艺（压力0.5~1MPa），保证树脂浸润性和压实均匀；环氧树酯固化温度120℃、时间2h——层间粘结强度越高，剪切效应越弱。
测试前检查层间完整性。用超声波C扫描检测内部缺陷（气泡、脱粘），缺陷面积超过5%则报废——层间缺陷会成为应力集中源，加速破坏。
加载时控制夹持力和速率。夹持力根据试样宽度和厚度调整（如25mm宽、2mm厚试样，夹持力50~100N）；加载速率遵循标准（如ASTM D638规定1~5mm/min），保证剪切应力均匀分布。
重复测试验证数据。每个批次测试5~10个试样，统计平均值和标准差——标准差>10%说明存在严重干扰，需重新检查；某试样强度远低于平均值（<2倍标准差）需剔除，因其可能发生层间破坏。