ICS83.120 Q23 中华人民共和国国家标准 GB/T32376—2015 纤维增强复合材料弹性常数测试方法 Elasticconstantstestmethodforfibrereinforcedcomposites 2015-12-31发布 2016-11-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国建筑材料联合会提出。 本标准由全国纤维增强塑料标准化技术委员会(SAC/TC39)归口。 本标准起草单位:中国兵器工业集团第五三研究所、北京玻璃钢研究设计院有限公司、常州天马集 团有限公司。 本标准主要起草人:李树虎、张永侠、吕秀莲、秦贞明、李艳华、郑会保、陈以蔚、魏化震、彭刚。 ⅠGB/T32376—2015 纤维增强复合材料弹性常数测试方法 1 范围 本标准规定了纤维增强复合材料弹性常数测试的术语和定义、试验概述、试验方法和试验报告等。 本标准适用于单向纤维增强的[0]ns、[90]ns和[0/90]ns聚合物基复合材料层合板、经纬织物增强的 聚合物基复合材料层合板的弹性常数测试。所测弹性常数主要用于结构分析与设计,包括纵向、横向、 法向的拉伸弹性模量(E1、E2、E3)、泊松比(μ12、μ13、μ23)和剪切模量(G12、G13、G23)。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T1446 纤维增强塑料性能试验方法总则 GB/T3354 定向纤维增强聚合物基复合材料拉伸性能试验方法 GB/T3355 聚合物基复合材料纵横剪切试验方法 GB/T3961 纤维增强塑料术语 GB/T4944—2005 玻璃纤维增强塑料层合板层间拉伸强度试验方法 3 术语和定义 GB/T3961界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 材料坐标系 materialcoordinatesystem 用于描述纤维增强复合材料主轴方向和应力分量的笛卡尔坐标系(一般用1、2和3表示坐标轴), 见图1。 1GB/T32376—2015 说明: 1———纤维纵向; 2———纤维横向; 3———层压方向或法向(厚度方向); X———层压板参考轴; θ———纤维铺层方向角。 注1:纤维增强复合材料3个主轴方向的拉伸弹性模量相应的定义为E1、E2、E3。 注2:单轴应力在1轴方向作用时,引起2轴方向应变的泊松比定义为μ12;单轴应力在1轴方向作用时,引起3轴 方向应变的泊松比定义为μ13;单轴应力在2轴方向作用时,引起3轴方向应变的泊松比定义为μ23。 注3:1-2平面的面内剪切模量定义为G12,1-3平面的层间剪切模量定义为G13,2-3平面的层间剪切模量定义 为G23。 图1 材料坐标系 4 试验概述 针对单向纤维或经纬织物增强的聚合物基复合材料层合板,通过纵向拉伸、横向拉伸、层间拉伸、面 内剪切、层间剪切五种试验,测试包括纵向、横向、法向的拉伸弹性模量(E1、E2、E3)、泊松比(μ12、μ13、 μ23)和剪切模量(G12、G13、G23)共9个弹性常数。 5 试验方法 5.1 纵向拉伸试验 纵向拉伸试验所测试的弹性常数主要包括弹性模量E1和泊松比μ12、μ13,测试方法按GB/T3354 进行,另作如下规定: a) 纵向拉伸试样为直条形、无加强片,长为(250.0±2.0)mm,宽为(25.0±0.5)mm,厚为(3.0± 2GB/T32376—2015 0.3)mm。试样的长度方向和1轴方向一致,试样厚度方向和3轴方向一致。如图2所示。 说明: L1———纵向拉伸试样长度; W1———纵向拉伸试样宽度; H1———纵向拉伸试样厚度。 图2 纵向拉伸试样 b) 试样数量为两组,一组用于测试弹性模量E1和泊松比μ12,测试时在试样长度方向和宽度方 向安装应变仪;另一组试样用于测试泊松比μ13,测试时在试样长度方向和厚度方向安装应 变仪。 c) 试验时,可在试件破坏前终止试验。 5.2 横向拉伸试验 横向拉伸试验所测试的弹性常数主要包括弹性模量E2和泊松比μ23,测试方法按GB/T3354进 行,另作如下规定: a) 横向拉伸试样为直条形、无加强片,长为(250.0±2.0)mm,宽为(25.0±0.5)mm,厚为(3.0± 0.3)mm。试样的长度方向和2轴方向一致,试样厚度方向和3轴方向一致,如图3所示。 b) 测试时在试样长度方向和厚度方向安装应变仪。 c) 试验时,可在试件破坏前终止试验。 说明: L2———横向拉伸试样长度; W2———横向拉伸试样宽度; H2———横向拉伸试样厚度。 图3 横向拉伸试样 5.3 层间拉伸试验 5.3.1 试验原理 将试样粘合到金属端面上,沿层合面垂直方向(法向)匀速拉伸,测量该过程中的应力和应变,确定 层间拉伸弹性模量E3。 3GB/T32376—2015 5.3.2 试样 5.3.2.1 试样采用正方形截面的柱形试样,截面边长为(15.0±0.1)mm,高为(19.0±0.3)mm(纤维层压 方向或法向、厚度方向),形状、尺寸如图4所示。 说明: L3———层间拉伸试样边长; H———层间拉伸试样高度。 图4 层间拉伸试样 5.3.2.2 将试样制成GB/T4944—2005规定的Ⅰ型组合件,如图5所示。 说明: 1 ———粘接剂层; 2———试样; 3———上、下金属连接块(钢或钛); Lc———金属连接块长度; Hc———金属连接块矩形边长。 图5 层间拉伸试样组合件 金属连接块一般为不锈钢或钛合金,粘接端的矩形边长Dc为(15.0±0.1)mm;长度Lc不小于 30.0mm,连接块另一端的形状和尺寸应根据试验机确定。粘接面应保持平整无缺陷,并垂直于金属连 接块的轴线。粘接剂的粘接强度应高于层间拉伸强度,建议采用环氧基粘接剂。粘结面的表面应用丙 酮试剂进行清洁处理,固化条件如温度、压力、时间等均按粘接剂使用说明中的工艺规程进行。粘接剂 及其固化条件不应改变层合板的性能。粘接面涂粘接剂时,应保证试样正确的粘合和精确地定位。 5.3.3 试验条件 5.3.3.1 试验环境条件按GB/T1446的规定。 4GB/T32376—2015 5.3.3.2 试样状态调节按GB/T1446的规定。 5.3.3.3 试验设备按GB/T1446的规定。 5.3.3.4 加载速度为0.1mm/min。 5.3.4 试验步骤 5.3.4.1 检查试样组合件的对中。 5.3.4.2 按GB/T1446的规定对试样组合件进行状态调节。 5.3.4.3 测量试样尺寸,精确至0.01mm。 5.3.4.4 将试样组合件装入试验机夹具中,试样中心线应与试验机力轴重合。 5.3.4.5 安装应变测量装置。 5.3.4.6 按规定的加载速度对试样组合件施加均匀、连续载荷,同时绘制载荷-变形或应力-应变曲线。 5.3.4.7 可在试件破坏前终止试验。 5.3.4.8 同批有效试样不足五个时,应重做试验。 5.3.5 结果表示 5.3.5.1 层间拉伸应力按式(1)计算: σ3=P L2 3…………………………(1) 式中: σ3———纤维层间拉伸应力,单位为兆帕(MPa); P———试验载荷,单位为牛顿(N); L3———试样边长,单位为毫米(mm)。 5.3.5.2 层间拉伸弹性模量按式(2)计算: E3=Δσ3 Δε3…………………………(2) 式中: E3———纤维层间拉伸弹性模量,单位为兆帕(MPa); Δσ3———与应变增量对应的层间拉伸应力增量,单位为兆帕(MPa); Δε3———应力-应变曲线上初始直线段的层间拉伸应变增量。 注:推荐应变增量的起始点为500με,终止点为1500με;如果材料在1500με应变以下失效,使用最大失效应变的 25%和50%作为应变增量的起始点和终止点。 5.3.5.3 层间拉伸弹性模量计算结果取三位有效数字,计算平均值、标准偏差和离散系数。 5.4 面内剪切试验 面内剪切模量G12的测试按GB/T3355的规定进行。 5.5 层间剪切试验 5.5.1 试验原理 将双V型缺口的试样放入专用试验夹具并加载,测量该过程中的应力和应变,确定层间剪切模量 G13和G23。 5.5.2 试样 5.5.2.1 试样形状尺寸 试样为双V型缺口试样,长度为(76.0±1.0)mm,宽为(19.0±0.3)mm,厚度为(3.0±0.3)mm,形 5GB/T32376—2015 状、尺寸见图6,试样的方向性见图7。 说明: LV———层间剪切试样长度; d1———层间剪切试样宽度; HV———层间剪切试样厚度; WV———层间剪切试样剩余宽度,WV=(11.4±0.3)mm; d2———层间剪切试样缺口深度,d2=(3.8±0.3)mm; R———倒角半径,R=(1.3±0.3)mm。 图6 层间剪切试样形状 a) G13试样及材料坐标系 b) G23试样及材料坐标系 图7 层间剪切试样及材料坐标系 5.5.2.2 试样制备 试样从20mm厚的层压板中切割,试样加工时应避免分层损伤。以下提供三种层压板的制备方 法,优选前两种方法: a) 在一次操作过程内将层压板共固化到最终的试板厚度; b) 在试验段采用一块厚度大于14mm的预固化层压板,并在每一侧对称粘贴一块附加的层压 板,达到最终的试板厚度; c) 使用均匀的薄的胶层,通过两次或多次操作将尽可能少