GBT 41501-2022 纖維增強塑料復(fù)合材料 雙梁法測定層間剪切強度和模量

GB/T41501—2022/ISO19927:2018纖維增強塑料復(fù)合材料雙梁法測定層間剪切強度和模量(ISO19927:2018,IDT)國家標準化管理委員會國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標準化管理委員會IGB/T41501—2022/ISO19927:2018 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 1 3 4 6 7 7 710計算及結(jié)果表示 8 附錄A(資料性)有關(guān)計算層間剪切模量G??的附加細節(jié) ⅢGB/T41501—2022/ISO19927:2018本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定本文件等同采用ISO19927:2018《纖維增強塑料復(fù)合材料雙梁法測定層間剪切強度和模量》。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件由中國建筑材料聯(lián)合會提出。本文件由全國纖維增強塑料標準化技術(shù)委員會(SAC/TC39)歸口。姆斯檢測技術(shù)有限公司。談源。1GB/T41501—2022/ISO19927:2018纖維增強塑料復(fù)合材料雙梁法測定層間剪切強度和模量2規(guī)范性引用文件ISO291塑料試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗的標準環(huán)境(Plastics—Standardatmospheresforconditioningandtesting)注：GB/T2918—2018塑料試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗的標準環(huán)境(ISO291:2008,MOD)ISO472塑料術(shù)語(Plastics—Vocabulary)注：GB/T2035—2008塑料術(shù)語及其定義(ISO472:1999,IDT)ISO1268(所有部分)纖維增強塑料試驗板制備方法(Fibre-reinforcedplastics—Methodsofproducingtestplates)ISO2602試驗結(jié)果的統(tǒng)計處理和解釋平均值的估計置信區(qū)間(Statisticalinterpretationoftestresults—Estimationofthemean—Confidenceinterval)ISO5893橡膠和塑料試驗設(shè)備拉伸、彎曲和壓縮型(恒速驅(qū)動)規(guī)范[Rubberandplasticstestequipment—Tensile,flexuralandcompressiontypes(constantrateoftraverse)—Specification]ISO16012塑料試樣線性尺寸的測定(Plastics—Determinationoflineardimensionsoftestspecimens)3術(shù)語和定義2GB/T41501—2022/ISO19927:20183.1臨界載荷criticalloadFent3.23.3由載荷-撓度曲線斜率計算出的剪切模量。3.4L3.5注2:見圖1。3.5.1E3.5.2E?23.5.33.5.43GB/T41501—2022/ISO19927:2018注2:3.5.1~3.5.4中所定義的工程彈性常數(shù)由制造商給出或測試得到，工程彈性常數(shù)用于計算層間剪切模量(見4試驗原理對矩形截面梁試樣進行五點彎曲加載，施加的載荷在兩加載壓頭之間產(chǎn)生兩個純剪切截面，如圖2撓度用于測定層間剪切模量。為計算層間剪切模量，應(yīng)獲得或測試以下工程彈性常數(shù)：E、E2?、G1?和v?2。4GB/T41501—2022/ISO19927:2018d——撓度測量點。5儀器設(shè)備試驗機符合ISO5893和5.1.2及5.1.3的規(guī)定。載荷的示值誤差小于被測載荷的士1%(見ISO7500-1定義的1級)。5.2尺寸測量儀器精度為0.01mm或更優(yōu)的尺寸測量儀器，用于測量試樣的厚度h和寬度b。尺寸測量儀器應(yīng)有與5.3加載裝置跨距可調(diào)的5點彎曲夾具，如圖3所示。加載壓頭及支座在跨距內(nèi)均勻定位(公差為±0.2mm),如圖4所示。加載壓頭及支座的圓角直徑為6-8.1mm。典型加載裝置如圖5所示。55GB/T41501—2022/ISO19927:2018標引序號說明：圖3雙梁剪切夾具標引序號說明：1——加載點；4——1/2跨距：5-標引序號說明：1——加載點；4——1/2跨距：5-—外區(qū)；9——試樣長度；10——纖維方向(單向試樣)。圖4用于測定層間剪切強度和模量的試樣及加載和支撐試樣的位置6GB/T41501—2022/ISO19927:2018移的±1%(見ISO9513定義的1級)。位移測量裝置應(yīng)定期進行校準，并能溯源。6.1.1推薦試樣尺寸A型試樣的寬度b應(yīng)為10mm±0.2mm,厚度h應(yīng)為2mm±0.1mm,長度l應(yīng)為30mm。A型B型試樣的寬度b應(yīng)為8mm±0.2mm,厚度h應(yīng)為4mm±0.1mm,長度l應(yīng)為60mm。6.1.2可選試樣尺寸可選試樣的寬度和厚度之比應(yīng)為5,長度和厚度之比應(yīng)為15,與A型試樣保持一致。6.2試樣制備6.2.1通則試驗板的制備應(yīng)按ISO1268(所有部分)或其他規(guī)范/協(xié)議，試驗板能加工出一批試樣(至少5個)及額外的備用試樣(見9.5)。層合板應(yīng)具有對稱和均衡的鋪層，以避免試驗結(jié)果受到彎曲/扭轉(zhuǎn)或彎曲7GB/T41501—2022/ISO19927:2018附錄A。滿足形狀和尺寸要求。試樣長度方向任意一點的厚度偏差不應(yīng)超過平均厚度的士5%。8狀態(tài)調(diào)節(jié)9試驗步驟9.2試樣尺寸試驗跨距設(shè)置為試樣厚度的10倍(例如：A型試樣跨距為20mm,B型試樣跨距為40mm),視待9.3試驗速度9.4數(shù)據(jù)采集89.5可接受失效模式檢查并記錄失效模式，如圖7所示。試樣應(yīng)在中面或附近平面發(fā)生層間破壞，模式1～模式3是可接受的。模式4～模式7是不可接受的，應(yīng)剔除不可接受的試樣。應(yīng)取備用試樣重新進行試驗，剔除試樣的數(shù)量應(yīng)被記錄。9.6臨界載荷記錄臨界載荷作為失效載荷，如圖6和圖7所示。9.7載荷-撓度曲線斜率在載荷-撓度曲線上，計算初始線性響應(yīng)段切線的斜率，如圖6所示。700070006000-5500-5000-4500-4000-3500-3000-2500-20001500-1000-0E-玻璃纖維織物/環(huán)氧樹脂層合板(試樣編號43)1/2跨距和厚度之比為5發(fā)生分層時對應(yīng)的臨界載荷yX圖6顯示初始線性響應(yīng)段切線斜率的典型載荷-撓度曲線10計算及結(jié)果表示10.1層間剪切強度按公式(1)計算層間剪切強度r13max:T13max=33Fci/64bh……(1)式中：b——試樣寬度，單位為毫米(mm);h——試樣厚度，單位為毫米(mm)。計算層間剪切強度的算術(shù)平均值；如需要，按ISO2602計算標準差和平均值的95%置信區(qū)間。層間剪切強度保留3位有效數(shù)字。910.2層間剪切模量按公式(2)計算層間剪切模量G13。示例：在公式(2)～公式(5)中，A材料B型試樣的工程彈性常數(shù)和尺寸值已給出，其值為：En=159GPa;Ez=8.5GPa;G??=4.6GPa;vl?=0.32;L=42mm;b=9.42mm;h=4.11mm。A材料B型試樣的C?、C?和D1的含義、單位和名義值見表1。符號含義單位名義值Dπ1梁試樣彎曲剛度矩陣的逆矩陣對角線上的第一個元素0.002782常數(shù)mm/kNC?常數(shù)注：有關(guān)公式(2)推導(dǎo)的更多細節(jié)見附錄A。式中： (3) (4)s——載荷-撓度曲線斜率的倒數(shù)，單位為毫米每千牛(mm/kN);A試樣的橫截面積(bh),單位為平方毫米(mm2);ks——矩形梁截面切變系數(shù)，數(shù)值取5/6,無量綱；EI,———梁試樣的彎曲剛度，單位為千牛平方毫米(kN·mm2)。計算標準差和平均值的95%置信區(qū)間。層間剪切模量保留3位有效數(shù)字。GB/T41501—2022/ISO19927:2018失效模式載荷-撓度曲線模式1——可接受分層臨界載荷試驗停止點撓度/mm模式2——可接受帶有輕微獨立局部壓碎的分層載荷/kN臨界載荷試驗停止點撓度/mm模式3——可接受帶有獨立局部壓碎和剪切帶的分層載荷/KN載荷/KN撓度/mm模式4——不可接受帶有分層的剪切帶破壞載荷/載荷/kN撓度/mm模式5——不可接受剪切帶破壞模式6——不可接受局部壓碎/壓縮破壞載荷/載荷/kN撓度/mm模式7——不可接受以拉伸為主的彎曲破壞圖7可接受和不可接受的失效模式和相關(guān)載荷-撓度曲線GB/T41501—2022/ISO19927:201811精密度通過實驗室間的研究，本試驗方法的精密度總結(jié)如下。此次研究涉及7個試驗地點和3種不同的復(fù)合材料：a)單向碳纖維/環(huán)氧樹脂；b)平紋編織碳纖維/環(huán)氧樹脂；c)8枚緞紋編織E-玻璃纖維/環(huán)氧樹脂。關(guān)于精密度的更多細節(jié)見附錄B和表2～表5。表2三種材料重復(fù)性、再現(xiàn)性和平均層間剪切強度材料厚度mm重復(fù)性條件再現(xiàn)性條件平均值F12maxMParSRA.碳纖維/環(huán)氧樹脂124.24B.碳纖維/環(huán)氧樹脂2286.044,187,2C.E-玻璃纖維/環(huán)氧樹脂261.74表3三種材料重復(fù)性和再現(xiàn)性與平均層間剪切強度的比值材料厚度mm重復(fù)性條件再現(xiàn)性條件%r%%R%A,碳纖維/環(huán)氧樹脂124.64B.碳纖維/環(huán)氧樹脂224.244.7C.E-玻璃纖維/環(huán)氧樹脂24表4三種材料重復(fù)性、再現(xiàn)性和平均層間剪切模量材料厚度mm重復(fù)性條件再現(xiàn)性條件平均值G13GParRA.碳纖維/環(huán)氧樹脂124GB/T41501—2022/ISO19927:2018表4三種材料重復(fù)性、再現(xiàn)性和平均層間剪切模量(續(xù))材料厚度mm重復(fù)性條件再現(xiàn)性條件平均值GPaSrRB.碳纖維/環(huán)氧樹脂224C.E-玻璃纖維/環(huán)氧樹脂24表5三種材料重復(fù)性和再現(xiàn)性與平均層間剪切模量的比值材料厚度mm重復(fù)性條件再現(xiàn)性條件%r%%R%A.碳纖維/環(huán)氧樹脂1244.326.7421.324.7B.碳纖維/環(huán)氧樹脂2227.049.7424.3C.E-玻璃纖維/環(huán)氧樹脂2412試驗報告a)本文件名稱及執(zhí)行文件編號；d)試樣尺寸；e)試樣制備方法；i)試驗結(jié)果的平均值；j)失效模式；k)關(guān)于試樣是否有被剔除的聲明及有剔除時的理由；1)如需要，給出標準差和平均值的95%置信區(qū)間；m)任何未按本文件規(guī)定的操作以及可能影響試驗結(jié)果的任何事件。GB/T41501—2022/ISO19927:2018(資料性)有關(guān)計算層間剪切模量G?3的附加細節(jié)A.1通則用能量法求解層間剪切模量。為便于分析，圖4轉(zhuǎn)換為帶有附加符號的圖A.1。圖A.1用于測定層間剪切強度和模量的試樣及加載和支撐試樣的位置A.2卡氏第二定理的應(yīng)用由于梁的外加載荷和支撐結(jié)構(gòu)對稱，所以只需考慮四個區(qū)域中的一半。中心支座(B)處的總撓度由公式(A.1)和公式(A.2)給出：……(A.1)……(A.2)梁左側(cè)兩個區(qū)域彎矩、剪力的表達式及其對Rg的導(dǎo)數(shù)分別由公式(A.3)～公式(A.10)給出：……(A.3)M=R……(A.4)—RA+V=0∴V=R當……(A.7)……(A.8)GB/T41501—2022/ISO19927:2018……(A.10)由于支座B處的撓度一定為零，所以結(jié)合公式(A.3)～公式(A.10),解出公式(A.1)中的全部積分項，可得出公式(A.11):……(A.11)A.3單位載荷法(F?)的應(yīng)用為保持梁的變形特性，在外加載荷與中心支座之間的兩個中點處，分別施加兩個單位載荷F,如圖A.2所示。圖A.2用于測定層間剪切強度和模量的試樣及加載和支撐試樣的位置(單位載荷法)RA的關(guān)系式由公式(A.12)給出：……(A.12)梁左側(cè)兩個區(qū)域剪力的表達式及其對F。的導(dǎo)數(shù)分別由公式(A.13)～公式(A.18)給出：……(A.13)……(A.18)梁左側(cè)兩個區(qū)域彎矩的表達式及其對F。的導(dǎo)數(shù)分別由公式(A.19)～公式(A.24)給出：………………A.4卡氏第二定理的應(yīng)用根據(jù)卡氏第二定理可得出：將公式(A.11)代入公式(A.25)中的Rg,s(即△/P)為載荷-撓度曲線斜率的倒數(shù)，對于本文件涉及k3A2L2(98304EIs—25L3)G2+32EIkgA(36864EIs—129L3)G—36864E2I2L=0式中，ks取5/6,這是考慮層間剪切應(yīng)力沿厚度方向變化的某一標準通用取值。公式(A.26)的根在公式(2)中給出，正根為層間剪切模量Gi的值。GB/T41501—2022/ISO19927:2018(資料性)——-5個參與機構(gòu)，共7個試驗地點；包括1所大學、1個材料供應(yīng)商的2個獨立試驗地點、1個終端用戶的2個獨立試驗地點、1個試驗機制造商和1個國家級檢測機構(gòu)。三種不同的復(fù)合材料為：單向(UD)碳纖維/環(huán)氧樹脂、平紋編織(PW)碳纖維/環(huán)氧樹脂、8枚緞紋編織(8HS)E-玻璃纖維/環(huán)氧樹脂。———每組試驗結(jié)果的平均值至少用5個有效測試數(shù)據(jù)來計算?！?1章中給出了根據(jù)ISO5725(所有部分)獲得的精密度數(shù)據(jù)。400試驗地點1試驗地點2試驗地點3試驗地點4'試驗地點5試驗地點6試驗地點7Y——DBS法測定ILS強度(MPa);—2mm厚度A材料(單向碳纖維/環(huán)氧樹脂);—4mm厚度A材料(單向碳纖維/環(huán)氧樹脂)。圖B.1DBS法測定A材料(單向碳纖維/環(huán)氧樹脂)的ILS強度數(shù)據(jù)GB/T41501—2022/ISO19927:2018YY——DBS法測定ILS強度(MPa);—2mm厚度B材料(平紋編織碳纖維/環(huán)氧樹脂);圖B.2DBS法測定B材料(平紋編織碳纖維/環(huán)氧樹脂)的ILS強度數(shù)據(jù)YY——DBS法測定ILS強度(MPa);——2mm厚度C材料(8枚緞紋編織E-玻璃纖維/環(huán)氧樹脂);——4mm厚度C材料(8枚緞紋編織E-玻璃纖維/環(huán)氧樹脂)。圖B.3DBS法測定C材料(8枚緞紋編織E-玻璃纖維/環(huán)氧樹脂)的ILS強度數(shù)據(jù)單位為兆帕材料和厚度A4mmB4mmb/t525252試樣地點190.5787.8565.7460.38試樣地點286.5383.5263.1057.65試樣地點383.8185.9260.9059.07試樣地點483,5093.5762.6660,29試樣地點585.7685.8459.7659.72試樣地點686.5486.6959.7859.76試樣地點785.8787.0360.4957.49平均層間剪切強度MPa86.0887.2061.7859.19標準差MPa2.332.19離散系數(shù)%2.712.01全部分層僅A材料分層40-20DBS2mm僅A材料分層SBS4mmX全部分層DBS4mmSBS2mmY——ILS強度(MPa);X——DBS法和短梁法(SBS)分別測定2mm和4mm厚度試樣；——A材料(單向碳纖維/環(huán)氧樹脂);——B材料(平紋編織碳纖維/環(huán)氧樹脂);—C材料(8枚緞紋編織E-玻璃纖維/環(huán)氧樹脂)。圖B.4在試驗地點1測定三種復(fù)合材料的ILS強度數(shù)據(jù)GB/T41501—2022/ISO19927:2018表B.2DBS法測定L/2t為5的三種復(fù)合材料的ILS強度增加量(相比于SBS法)復(fù)合材料A(單向碳纖維/環(huán)氧樹脂)B(平紋編織碳纖維/環(huán)氧樹脂)C(8枚緞紋編織E-玻璃纖維/環(huán)氧樹脂)試驗方法SBS→DBSSBS→DBSSBS→DBS2mm厚度+27.4+19.8+11.24mm厚度+26.4+27.4+16.520[1]ISO527-4:1997,Plastics—Determinationoftensileproperties—part4:Testconditionsforisotropicandorthotropicfibre-reinforcedplasticcomposites[2]ISO2818,Plastics—preparationoftestspecimensbymachining[3]ISO5725-1:1994,Precisiontestmethods—part1:Guideforthedeterminationofrepeat-abilityandreproducibilityforastandardtestmethodbyinter-laboratorytest[4]ISO7500-1,Metallicmaterials—Verificationofstaticuniaxialtestingmachines—part1:Tension/compressiontestingmachines—Verificationandcalibrationoftheforce-measuringsystem[5]ISO9513,Metallicmaterials—Calibrationofextensometersystemsusedinuniaxialtesting[6]ISO14130,Determinationofapparentinterlaminarshearstrengthbyshort-beammethod[7]EN2377,Specificationforglassfibrereinforcedplastics.Testmethod.Determinationofapparentinterlaminarshears[8]EN2563,Carbonfibrereinforcedplastics.Unidirectionallaminates.Determinationoftheapparentinterlaminarshears[9]ASTMD2344,StandardTestMethodforShort-BeamStrengthofPolymerMatrixCompos-iteMaterialsandtheirLaminates[10]ASTMD3846,In-planeShearStrengthofReinforcedPlastics[11]ASTMD5379,StandardTestMethodforShearPropertiesofCompositeMater