GB/T32376-2015
纤维增强复合材料弹性常数测试方法
Elasticconstantstestmethodforfibrereinforcedcomposites
- 中国标准分类号（CCS）Q23
- 国际标准分类号（ICS）83.120
- 实施日期2016-11-01
- 文件格式PDF
- 文本页数11页
- 文件大小349.61KB
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纤维增强复合材料弹性常数测试方法
国家标准 GB/T32376一2015 纤维增强复合材料弹性常数测试方法 Elasticconstantstestmethodforfibrereinforeedcomp0sites 2015-12-31发布 2016-11-01实施 中毕人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布 中 国国家标准化管厘委员会国家标准
GB/T32376一2015 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准由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;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
GB/T32376一2015 纤维增强复合材料弹性常数测试方法 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[o]、,[90]
和[0/90]
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(E、E、E,、泊松比(4 ,4a)和剪切模量(G,Ga,Ga
12、/13、 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/T4944一2005玻璃纤维增强塑料层合板层间拉伸强度试验方法 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 materialcordinatesystem 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
GB/T32376一2015 3 说明: -纤维纵向 纤维横向: -层压方向或法向(厚度方向) X -层压板参考轴; -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E、E、E 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4往;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Aa;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Aa 注3:1-2平面的面内剪切模量定义为G1!,l-3平面的层间剪切模量定义为G3,2-3平面的层间剪切模量定义 为Ga 图1材料坐标系 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,E,E,泊松比(1g、,4s、 ")和剪切模量(Gg,G,G)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E和泊松比A1、,s,测试方法按GB/T335！ 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士2.0)mm,宽为(25.0士0.5)mm,厚为(3.0士
GB/T32376一2015 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
H s 说明 纵向拉伸试样长度 L1 W -纵向拉伸试样宽度; 纵向拉伸试样厚度 H 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E和泊松比4ig,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Aa,测试时在试样长度方向和厚度方向安装应 变仪
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E，和泊松比4,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士2.0)mm,宽为(25.0士0.5)mm,厚为(3.0士 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
试验时,可在试件破坏前终止试验
c 丛 说明 横向拉伸试样长度 L" W 横向拉伸试样宽度; Hg 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E
GB/T32376一2015 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士0.1)mm,高为(19.0士0.3)mmm(纤维层压 方向或法向、厚度方向),形状、尺寸如图4所示
说明 -层间拉伸试样边长; L3 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/T4944一2005规定的I型组合件,如图5所示 说明 -粘接剂层; 试样; 上、下金属连接块(钢或钛): L 金属连接块长度; H 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D为(15.0士0.1)mm;长度L
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
GB/T32376一2015 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0.1 mm/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将试样组合件装人试验机夹具中,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 层间拉伸应力按式(I)计算 5.3.5.1 o3 ！ 式中 纤维层间拉伸应力,单位为兆帕(MPa). o 试验载荷,单位为牛顿(N); 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 Ad E Ae 式中: -纤维层间拉伸弹性模量,单位为兆帕(MPa); E -与应变增量对应的层间拉伸应力增量,单位为兆帕(MPa); A -应力-应变曲线上初始直线段的层间拉伸应变增量
AE 注推荐应变增量的起始点为500健,终止点为1500e;如果材料在1500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G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型缺口的试样放人专用试验夹具并加载,测量该过程中的应力和应变,确定层间勇切模量 G和G
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土1.0)mm,宽为(19.0士0.3)mm,厚度为(3.0士0.3)mm,形
GB/T32376一2015 状、尺寸见图6,试样的方向性见图7
90 45 说明
L 层间剪切试样长度; d -层间剪切试样宽度; 层间剪切试样厚度; Hv W 层间剪切试样剩余宽度,Wwv=(11.4士0.3)mm; 层间剪切试样缺口深度,d- =3.8士0.3)mm d R 倒角半径,R=(1.3士0.3)mm
图6层间剪切试样形状 G试样及材料坐标系 G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 在一次操作过程内将层压板共固化到最终的试板厚度; a 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; 使用均匀的薄的胶层,通过两次或多次操作将尽可能少的预固化层压板胶接在一起,达到最终 的试板厚度
5.5.2.3试验夹具 试验夹具见图8,应确保试样的轴线与加载中心线一致
GB/T32376一2015 说明: 下支块; 试验机适配器; 轴承杆; 含线性轴承的上夹块; 调节块; 试样对中销; 底板; 下夹块支座
图8层间剪切试验夹具 5.5.3试验条件 5.5.3.1试验环境条件按GB/T1446的规定 5.5.3.2试样状态调节按GB/T1446的规定 5.5.3.3试验设备按GB/T1446的规定
5.5.3.4加载速度为1mm/nmin
5.5.4试验步骤 5.5.4.1按5.5.2.2的规定制备和加工试样
5.5.4.2按GB/T1446的规定检查试样
5.5.4.3按GB/T1446的规定进行状态调节
5.5.4.4将试样编号,并测量工作段内任意三点的厚度和宽度,精确至0.01mm,取三次测量结果的算 术平均值
5.5.4.5在试样上按图9方式粘贴应变片,推荐使用有效长度为1.5mm的应变片
为了尽可能减少 扭转的影响,应在试样的两个侧面对称粘贴应变片,取两个应变片的算术平均值作为测量应变
GB/T32376一2015 图9层间剪切试样应变片粘贴方式 5.5.4.6将试样放人层间剪切试验夹具,使试样的轴线与加载中心线一致
5.5.4.7按5.5.3.4规定的速度对试样进行加载,绘制应力-应变曲线,计算层间剪切弹性模量
5.5.4.8可在试件破坏前终止试验
5.5.4.9同批有效试样不足5个时,应重做试验
5.5.5结果表示 5.5.5.1层间剪切应力按式(3)、式(4)计算 Pa 13 WvH P 23 T23 WvH、 式中: -1-3平面的层间剪切应力,单位为兆帕MPa); T13 -2-3平面的层间剪切应力,单位为兆帕(MPa); T23 G试样的试验载荷，单位为牛顿(N); P1 G试样的试验载荷,单位为牛顿(N) P233 试样宽度,单位为毫米(mm); W 试样厚度,单位为毫米(mm) Hv 5.5.5.2层间剪切应变按式(5),式6)计算 Y3= +e-5.8 e+4s.13 |十|e-s.a 6 Y=le十a, 式中 -1-3平面的层间剪切应变; Y13 -2-3平面的层间剪切应变; Y3 G试样的十45"方向应变 十45,13 G试样的十45"方向应变 十45.23 G试样的一45"方向应变 -45,13 ,试样的一45"方向应变 G -45,28 5.5.5.3层间剪切弹性模量按式(7、式(8)计算 Ar13 G1 A13 Ar23 G 8 AY23 式中: 1-3平面的层间剪切性模量,单位为兆帕(MPa); G13
GB/T32376一2015 2-3平面的层间剪切性模量,单位为兆帕(MPa); G2a G试样与应变增量对应的勇切应力增量,单位为兆帕(MPa)1 Ar13 G试样与应变增量对应的勇切应力增量,单位为兆帕(MPa); r23 G试样对应的应力-应变曲线上初始直线段的层间剪切应变增量 Y13 G试样对应的应力-应变曲线上初始直线段的层间剪切应变增量
Y3 注:推荐在1500e一2500e应变范围内选取一个较低的点作为应变增量的起始点,使应变增加(4000士200)e 作为应变增量终止点
5.5.5.4层间剪切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 6 试验报告 试验报告的内容包括以下各项全部或部分 试验项目名称及执行标准号; a b)试样来源及制备情况,材料品种及规格 试样编号,形状、尺寸、外观质量及数量; c D 试验温度、相对湿度及试样状态调节; 试验设备及仪器仪表的型号、量程及使用情况等; 试验结果: 给出每个试样的性能值(必要时,给出每个试样的破坏情况),算术平均值、标谁差及离散系数 试验人员、日期及其他
纤维增强复合材料弹性常数测试方法GB/T32376-2015
纤维增强复合材料是一种应用广泛的材料，具有优异的力学性能和轻质化的特点。在实际应用中，需要对其弹性常数进行测试以确保其力学性能符合设计要求。
GB/T32376-2015《纤维增强复合材料弹性常数测试方法》规定了纤维增强复合材料弹性常数的测量方法，包括弹性模量、剪切模量、泊松比和拉伸-压缩变形系数等。
该标准的测试方法基于经典的弹性理论和板壳理论，采用了拉伸、剪切、压缩等多种试验方式，并对不同复合材料结构类型做出了相应的测试规定。
根据GB/T32376-2015的规定，测试纤维增强复合材料的弹性常数需要注意以下几点：
- 测试前需要对材料进行预处理，并根据材料特性选择相应的试验方法；
- 在测试过程中需要控制试样的温度、湿度等环境条件，确保测试结果的精确性；
- 为了避免试样破坏前出现不可逆变形，需要选择合适的加载速率和加载方式；
- 测试数据处理时需要考虑试样的几何形状、尺寸以及试验条件等因素。
综上所述，GB/T32376-2015提供了一套完整的纤维增强复合材料弹性常数测试方法，对于保证材料力学性能的准确性和稳定性具有重要意义。
