GBT 43938.1-2024 碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料薄壁管件力學(xué)性能試驗(yàn)方法 第1部分：拉伸試驗(yàn)

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料薄壁管件力學(xué)性能試驗(yàn)方法第1部分：拉伸試驗(yàn)Testmethodformechanicalpropertiesofthin-walledtubeofcarbonfiberreinforcedcomposite—Pa2024-04-25發(fā)布國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件是GB/T43938《碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料薄壁管件力學(xué)性能試驗(yàn)方法》的第1部分。GB/T43938已經(jīng)發(fā)布了以下部分：——第1部分：拉伸試驗(yàn)；——第2部分：壓縮試驗(yàn)。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由全國宇航技術(shù)及其應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC425)和全國碳纖維標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC572)共同提出并歸口。本文件起草單位：北京衛(wèi)星制造廠有限公司、西安航天復(fù)合材料研究所、寧波中科祥龍輕量化科技有限公司、浙江航引新材料科技有限公司、寧波科宇航天電子科技有限公司、上海復(fù)合材料科技有限公司、中國航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所、航天材料及工藝研究所、廊坊市飛澤復(fù)合材料科技有限公司、湖南星途航空航天器制造有限公司。本文件主要起草人：劉佳、王洋、羅錦濤、林海波、孫天峰、武海生、黎昱、韓建超、張浩、劉麗霞、Ⅱ碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料薄壁管件因其輕質(zhì)、高強(qiáng)等優(yōu)異性能在航空、航天、船舶、汽車、運(yùn)動用品等行業(yè)應(yīng)用越加廣泛。GB/T43938旨在規(guī)范該類產(chǎn)品的力學(xué)性能試驗(yàn)方法，擬由兩個部分構(gòu)成?！?部分：拉伸試驗(yàn)。目的在于進(jìn)一步規(guī)范碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料薄壁管件的拉伸試驗(yàn)方法。 第2部分：壓縮試驗(yàn)。目的在于進(jìn)一步規(guī)范碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料薄壁管件的壓縮試驗(yàn)方法，1碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料薄壁管件力學(xué)性能試驗(yàn)方法第1部分：拉伸試驗(yàn)本文件規(guī)定了碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料薄壁管件軸向拉伸性能試驗(yàn)的試樣、試驗(yàn)條件、儀器設(shè)備、試驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理和試驗(yàn)報告等。本文件適用于測定壁厚不大于1mm,公稱外徑小于50mm的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料薄壁管件的軸向拉伸強(qiáng)度和軸向拉伸彈性模量，其他纖維增強(qiáng)復(fù)合材料薄壁管件參照使用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T1446—2005纖維增強(qiáng)塑料性能試驗(yàn)方法總則GB/T7124膠粘劑拉伸剪切強(qiáng)度的測定(剛性材料對剛性材料)3術(shù)語和定義本文件沒有需要界定的術(shù)語和定義。4試樣4.1試樣型式試樣型式按圖1規(guī)定進(jìn)行。2標(biāo)引序號說明：1——內(nèi)套筒；2——外套筒；3——管件試件；4——膠層。圖1試樣型式4.2管件試件4.2.1管件試件的型式按圖2規(guī)定進(jìn)行，尺寸應(yīng)滿足表1的要求。管件試件兩端端面平行度應(yīng)不大于0.05mm,端面與軸線垂直度應(yīng)不大于0.05mm。標(biāo)引序號說明：D——管件試件外徑；d——管件試件內(nèi)徑；L——有效測試段長度；l——夾持段長度；B——基準(zhǔn)面。圖2管件試件型式3表1管件試件尺寸單位為毫米有效測試段長度(L)兩端夾持段長度(l)有效測試段范圍宜在100mm～200mm之間。4.2.2管件試件應(yīng)從產(chǎn)品上直接截取或同批次隨爐件上截取，其材料、鋪層方式應(yīng)與對應(yīng)產(chǎn)品狀態(tài)一致。4.2.3管件試件表面應(yīng)無可見機(jī)械損傷，加工時不應(yīng)使管件試件產(chǎn)生分層、刻痕和局部擠壓等機(jī)械損傷。機(jī)加后管件試件端面應(yīng)平整，表面無可見機(jī)械損傷。4.3.1內(nèi)套筒型式按圖3規(guī)定進(jìn)行，尺寸應(yīng)滿足以下要求：a)內(nèi)套筒膠接段直徑(d?)與管件試件內(nèi)徑(d)單邊配合間隙為(0.2±0.1)mm;b)膠接段長度(H?)與管件試件夾持段長度(l)相同；c)內(nèi)套筒壁厚(o)為2mm～5mm;d)配合高度(h?)為3mm～5mm;e)裝配段外徑(D?)大于管件試件外徑(D)4mm～6mm。標(biāo)引序號說明：d?——內(nèi)套筒膠接段直徑；d?——內(nèi)套筒內(nèi)徑；H——膠接段長度；h?——配合高度；D——裝配段外徑；圖3內(nèi)套筒型式4.3.2內(nèi)套筒宜用牌號為2A12T4狀態(tài)的鋁合金制備。膠接前應(yīng)進(jìn)行表面處理，宜采用磷酸陽極化4.4.1外套筒型式按圖4規(guī)定進(jìn)行，尺寸應(yīng)滿足以下要求：4a)外套筒內(nèi)徑(D?)與管件試件外徑單邊配合間隙為(0.2±0.1)mm;b)膠接段長度(H?)與管件試件夾持段長度(l)相同；c)配合面寬度(b)大于管件試件外徑(D)5mm～10mm;d)裝夾段高度(h?)為拉伸外套筒總長的一半；e)裝配段外徑(D?)大于內(nèi)套筒裝配段外徑(D?)0.2mm～0.3mm;f)外套筒外徑(D?)大于管件試件外徑(D)10mm～15mm。g)外套筒與轉(zhuǎn)接夾具接觸面平面度不大于0.05mm。標(biāo)引序號說明：D?——外套筒內(nèi)徑；H?——膠接段長度；b——配合面寬度；h?——裝夾段高度；h?——配合高度；D?——裝配段外徑；D?——外套筒外徑。圖4外套筒型式4.4.2外套筒宜選用牌號為2A12T4狀態(tài)的鋁合金制備。膠接前應(yīng)進(jìn)行表面處理，宜采用磷酸陽極化4.5試樣制備4.5.1試樣內(nèi)、外套筒與管件試件采用膠接方式連接為一體。4.5.2管件試件與試樣內(nèi)、外套筒膠接前，在管件試件兩端面的4個等間隔處測量管件的內(nèi)徑，取其平均值為平均內(nèi)徑，并記錄。4.5.3在管件試件有效測試段3個不同截面的位置上，用游標(biāo)卡尺分別測量相互垂直的兩個方向上外4.5.4制作試樣時，宜選取室溫剪切強(qiáng)度大于25MPa的室溫固化膠粘劑，膠粘劑剪切強(qiáng)度測試方法按GB/T7124執(zhí)行，管件試件與內(nèi)、外套筒膠接間隙應(yīng)為(0.2±0.1)mm。4.5.5制作試樣時，管件試件的膠接區(qū)域應(yīng)打磨粗糙，且不應(yīng)損傷纖維增強(qiáng)體，之后在管件試件、內(nèi)套筒和外套筒的膠接區(qū)域均勻涂刷一層膠粘劑，按照圖1所示將內(nèi)、外套筒與管件試件組裝膠接，膠粘劑的固化應(yīng)按其制造廠商的要求或其他適用的材料標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，固化時保持試樣處于直立狀態(tài)，膠接過程溢膠應(yīng)及時清理。4.5.6試樣端面與管件試件軸線垂直度應(yīng)不大于0.05mm,兩端拉伸套筒同軸度應(yīng)不大于0.1mm。54.6試樣數(shù)量每組試樣不少于5個，同批應(yīng)有不少于5個有效試樣。5試驗(yàn)條件5.1實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件按GB/T1446—2005中第3章的規(guī)定。5.2試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)5.2.1實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件符合5.1的規(guī)定時，試樣至少在溫度(23±2)℃環(huán)境中放置4h,并在相同環(huán)境下試驗(yàn)。5.2.2仲裁試驗(yàn)時，試樣至少在溫度(23±2)℃和相對濕度(50±10)%的環(huán)境下存放40h。5.3加載速度5.3.1測定拉伸強(qiáng)度時，加載速度為1mm/min～5mm/min;仲裁試驗(yàn)時，加載速度為2mm/min。5.3.2測定拉伸彈性模量時，加載速度為2mm/min。5.4夾具5.4.1試驗(yàn)時，夾具與試樣夾持型式按圖5規(guī)定進(jìn)行。標(biāo)引序號說明：1——夾具；2——試樣。圖5試樣夾持形式示意圖65.4.2夾具見圖6,具體要求如下：a)夾具柱段直徑(p?)應(yīng)與相應(yīng)試驗(yàn)設(shè)備匹配，一般不小于20mm;b)對中銷孔直徑(p?)應(yīng)與相應(yīng)試驗(yàn)設(shè)備匹配；d)夾具內(nèi)腔寬度(w)應(yīng)不小于拉伸外套筒外徑(D?)2mm～5mm;e)夾具配合面寬度(u)應(yīng)與拉伸外套筒配合面寬度(b)匹配，一般配合間隙不大于1mm;f)夾具宜采用牌號為45號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制備。標(biāo)引序號說明：w——夾具內(nèi)腔寬度；u——夾具配合面寬度。圖6夾具示意圖試驗(yàn)所用儀器設(shè)備按GB/T1446—20057試驗(yàn)步驟中第5章的規(guī)定。7.1試樣準(zhǔn)備7.1.1檢查試樣外觀，管件試件內(nèi)、外徑尺寸采信試樣制備過程測量記錄的數(shù)據(jù)，對試樣進(jìn)行編號。7.1.2試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)按5.2的規(guī)定執(zhí)行。7.2試驗(yàn)過程7.2.1先將夾具安裝在試驗(yàn)機(jī)的兩夾頭間，再按圖5將試樣安裝在夾具中。7.2.2在試樣工作段安裝測量變形的儀表。施加初載(約為破壞載荷的5%),檢查并調(diào)整試樣及變形測量儀表，使整個系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。7.2.3同一試樣先測定拉伸彈性模量，再測定拉伸強(qiáng)度。7.2.4測定拉伸彈性模量時，有自動記錄裝置可連續(xù)加載，否則應(yīng)分級加載，施加載荷不宜超過破壞載荷的50%。加載速度按5.3的規(guī)定執(zhí)行。當(dāng)采用分級加載時，級差為破壞載荷的5%～10%,分級應(yīng)不少于五級，一般至少重復(fù)測定3次，取其2次穩(wěn)定的變形增量，記錄各級載荷及相應(yīng)的變形值。宜采用7GB/T43938.1—2024應(yīng)變片測試試樣變形，在管件試件有效測試段中部徑向?qū)ΨQ各貼一個應(yīng)變片，粘貼示意圖按圖7規(guī)定進(jìn)行。當(dāng)管件試件直徑較小不適宜粘貼應(yīng)變片時，可采用引伸計等方法測量管件試件變形。標(biāo)引序號說明：1——管件試件軸線；2——應(yīng)變片。圖7應(yīng)變片粘貼示意圖7.2.5測定拉伸強(qiáng)度時，對試樣施加均勻、連續(xù)的載荷直至破壞。加載速度按5.3的規(guī)定執(zhí)行。記錄破壞載荷與試樣的破壞情況。7.3試樣有效性判定7.3.1若試樣出現(xiàn)以下情況應(yīng)予作廢：a)管件試件與內(nèi)、外套筒發(fā)生脫粘；b)試樣在非有效測試段破壞。7.3.2同批有效試樣不足5個時，應(yīng)重新制樣測試。8數(shù)據(jù)處理8.1軸向拉伸強(qiáng)度軸向拉伸強(qiáng)度σ,按公式(1)計算?！?1)式中：σ?——軸向拉伸強(qiáng)度，單位為兆帕(MPa);F——破壞載荷，單位為牛(N);8D——管件試件外徑，單位為毫米(mm);d——管件試件內(nèi)徑，單位為毫米(mm)。8.2軸向拉伸模量軸向拉伸彈性模量E,按公式(2)計算。E,——軸向拉伸彈性模量，單位為兆帕(MPa);L。——儀表測量標(biāo)距，單位為毫米(mm);△F——材料彈性范圍內(nèi)的載荷增量，單位為牛(N);△L——與△F對應(yīng)L。內(nèi)的變形增量，單位為毫米(mm)。8.3試驗(yàn)結(jié)果計算………試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和離散系數(shù)