ASTM D 7137-05（剩余強度）

1 ASTM標準 標準 D 7137 D7137M 05 含損傷聚合物基復合材料板壓縮剩余強度性能的標準試驗方法含損傷聚合物基復合材料板壓縮剩余強度性能的標準試驗方法1 1 范圍范圍 1 1 本試驗方法覆蓋了多向聚合物基復合材料層壓板的壓縮剩余強度性能 該板在施加壓縮力以 前已經(jīng)受到按試驗方法D 6264施加的準靜態(tài)凹痕 或按試驗方法D 7136 D 7136M施加的落錘沖擊 復合材料的形式限于具有多個纖維方位 且其方位相對試驗方向既對稱又均衡的連續(xù)纖維增強聚合 物基復合材料 8 2條款定義了可接受的試驗層壓板和厚度范圍 注1 當用于確定受落錘沖擊板的剩余強度時 本試驗方法通常稱為沖擊后壓縮或CAI方法 1 2 本方法使用以前遭受過損傷事件的復合材料矩形平板 并采用防失穩(wěn)夾具在壓縮載荷下進行 試驗 注2 得到的損傷容限性能對板中遭受損傷的類型 幾何尺寸和部位是獨特的 1 3 用本試驗方法產(chǎn)生的損傷容限性能與幾個因素高度相關 包括試件幾何尺寸 鋪層方式 損傷 類型 損傷尺寸 損傷部位和邊界條件 這樣 試驗結果通常不能轉換用于其他構型 只對應于試 驗的幾何和物理條件的組合 1 4 本試驗方法能用于對無損聚合物基復合材料板進行試驗 但過去這樣的試驗已經(jīng)證實經(jīng)常出現(xiàn) 不想要的破壞模式 如端部壓塌 為得到無損聚合物基復合材料的壓縮性能 推薦采用試驗方法 D 6641 D 6641M 1 5 分別用國際 SI 單位和英制單位表示的值都被認為是標準的 在文中用英制單位表示的值放 在括號中 不同體系表示的值不精確相等 因此每個體系必須獨立使用 兩種體系的值混合使用會 使得與標準不一致 1 6 本標準沒有打算提及 如果存在的話 與使用它有關的所有安全性問題 在使用本標準之前建 立合適的安全與健康操作方法 確定規(guī)章制度的適用性 這是本標準用戶自已的責任 2 參考文件參考文件 2 1 ASTM標準 2 D 792 用位移測量塑料密度和比重 相對密度 的試驗方法 D 883 與塑料有關的術語 D 3171 復合材料組分含量的試驗方法 D 3878 復合材料術語 D 5229 D5229M 聚合物基復合材料層壓板的吸濕性能及平衡調節(jié)試驗方法 D 5687 5687M 復合材料平板的制備指南以及試樣制備工藝指南 1 本試驗方法由ASTM復合材料委員會D 30審定 并由結構試驗方法專業(yè)委員會D30 05直接負責 現(xiàn)行版本于2005年4月1日批準 2005年4 月發(fā)布 2 為參見ASTM標準 請訪問ASTM網(wǎng)站 www astm org 或與ASTM服務部 service astm org 聯(lián)系 關于ASTM標準年度匯編 參見ASTM網(wǎng) 站的Document Summary Page 2 D 6264 測量纖維增強聚合物基復合材料對集中準靜態(tài)壓痕力的損傷阻抗的試驗方法 D 6641 D 6641M用聯(lián)合加載壓縮 CLC 試驗夾具確定聚合物基復合材料層壓板壓縮性能的 試驗方法 D 7136 D 7136M 測量纖維增強聚合物基復合材料對落錘沖擊事件損傷阻抗的試驗方法 E 4 試驗機力標定操作規(guī)程 E 6 與力學試驗方法有關的術語 E 122 用于計算樣本大小以按規(guī)定的容限誤差估計表征批次或工序平均值的操作規(guī)程 E 177 在ASTM試驗方法中使用術語精度和偏差的操作規(guī)程 E 456 有關質量和統(tǒng)計學的術語 E 1309 數(shù)據(jù)庫中識別纖維增強聚合物基復合材料的指南 E 1434在數(shù)據(jù)庫中記錄纖維增強聚合物基復合材料力學試驗數(shù)據(jù)的指南 E 1471 計算機化材料性能數(shù)據(jù)庫中識別纖維 填充物和芯材的指南 2 2 軍用標準 MIL HDBK 17 3F 復合材料手冊 Vol 3 聚合物基復合材料的使用 設計和分析3 MIL HDBK 728 1 無損試驗4 MIL HDBK 731A 復合材料的無損試驗方法 熱象法4 MIL HDBK 732A 復合材料的無損試驗方法 聲發(fā)射法4 MIL HDBK 733A 復合材料的無損試驗方法 射線法4 MIL HDBK 787A 復合材料的無損試驗方法 超聲法4 NASA RP 1092 韌性樹脂復合材料的試驗方法 修訂版 1983 75 3術語術語 3 1 定義 術語D 3878定義了有關復合材料的術語 術語D 883定義了有關塑料的術語 術語E 6 定義了有關力學試驗的術語 術語E 486和操作規(guī)程E 177 定義了有關統(tǒng)計學的術語 當各標準所定 義的術語之間發(fā)生矛盾時 術語D 3878應優(yōu)先于其他標準 3 2 本標準專用術語定義 如果術語代表一個物理量 它的分析量綱以基本量綱形式緊跟在該術 語 或符號 后面予以說明 方括號內所示的基本量綱采用下面的ASTM標準符號表 質量為 M 長 度為 L 時間為 T 熱力學溫度為 無量綱量為 nd 這些符號用于分析量綱僅限于帶方括號 時 因為不帶方括號時它們可能有其他的定義 3 2 1 名義值 名詞 只在名義上存在 為便于表示而賦予可測性能的值 可把容限用于名義值 來定義該性能可接受的范圍 3 2 2 主材料坐標系 名詞 具有與材料固有對稱面垂直坐標軸的坐標系 3 2 2 1 討論 通常的習慣 至少對笛卡爾坐標軸 123 xyz等 是將坐標系軸選為對稱面的法 向 使具最高性能法向軸 對彈性性能為具有最大剛度的軸 為1或x 最低性能的軸 如果適用 為3或z 由于沒有對稱性 各向異性材料沒有主材料坐標系 而對各向同性材料 任何坐標系都是 3 可由美國陸軍研究實驗室材料部 Aberdeen Proving Ground MD 210001得到 4 可由美國陸軍材料技術實驗室 Watertown MA 02471得到 5 可由NASA Langly研究中心 Hampton VA23681 2199 得到 3 主材料坐標系 在層壓復合材料中 主材料坐標系只對單個的正交各向異性層有意義 對層壓復合 材料有關的術語是 參考坐標系 3 2 3 參考坐標系 名詞 層壓復合材料的坐標系 用于定義單層的方位 指定參考坐標系的一 個軸 通常是笛卡爾坐標系的x軸 為參考軸 賦予一個位置 層壓板中每個單層的層主軸與參考 軸相關 以定義該單層的層的方位 3 2 4 規(guī)定的正交各向異性 在主材料坐標系中觀看時對正交各向異性材料的描述 在層壓復合 材料中規(guī)定的正交各向異性層壓板是從參考坐標系來看的 0i 90j nS族均衡對稱層壓板 使得層壓板 本構關系的膜 彎曲耦合項為零 3 3 符號 A試件的橫截面積 CV對給定性能樣本母體的變異系數(shù)統(tǒng)計量 D損傷直徑 見圖13 ECAI試驗方向的有效壓縮模量 FCAI試驗方向的極限壓縮剩余強度 h試件厚度 l試件長度 n按樣本母體確定的試件數(shù)量 N試驗用層壓板中的層數(shù) Pmax破壞以前試驗件承受最大力 Sn 1對給定性能樣本母體的標準偏差統(tǒng)計量 w試件寬度 xi對給定性能樣本母體中單個試件的試驗結果 對給定性能樣本母體的均值或平均值 平均估計值 x 4 試驗方法概述試驗方法概述 4 1 采用均衡對稱層壓板進行單軸壓縮試驗 層壓板在施加壓縮力以前已受到損傷并進行了檢測 損傷狀態(tài)通過準靜態(tài)壓痕或落錘沖擊產(chǎn)生的面外加載引入 4 1 1 準靜態(tài)壓痕 按試驗方法D 6264 通過施加面外落錘沖擊對矩形板引入損傷 4 1 2 落錘沖擊 按試驗方法D 7136 D 7136 通過施加面外靜壓痕力對矩形板引入損傷 4 1 3 損傷評定 如果事先沒有確定損傷事件以后的損傷范圍 則用11 4條款所述無損檢測 NDI 方法確定 4 2 把含損傷板安裝在一個多件組合的支持夾具中 試驗板已對中使盡量減少加載偏差和引入試件 彎曲 把試件 夾具組合件放在加載平臺之間 并在端部受壓直至破壞 加載時記錄施加的力 橫 梁位移和應變數(shù)據(jù) 4 3 最希望的破壞模式要穿過試驗件的損傷 然而可接受的破壞可以產(chǎn)生于損傷部位 例如當損傷 產(chǎn)生比較低的應力集中 或如果損傷范圍比較小 或二者同時出現(xiàn)時 不可接受的破壞模式是與支 持夾具 局部側邊支持狀態(tài)造成的載荷引入及試件失穩(wěn) 除非試件尺寸代表了特定的結構應用 有關 的破壞模式 4 5 意義與用途意義與用途 5 1 對由集中面外力引起的損傷的敏感性是先進復合材料層壓板制造的結構在設計時要考慮的主要 因素之一 有關層壓復合材料板損傷阻抗和損傷容限性能的知識對產(chǎn)品研制和選材是很有用的 5 2 用本試驗方法得到的剩余強度數(shù)據(jù)是材料規(guī)范和研究與研制工作中最常用的 這些數(shù)據(jù)并不 打算用于確定設計許用值 因為其結果對所試驗的幾何尺寸和物理狀態(tài)是特定的 通常不能轉換用 于其他構型 由于引入損傷的固有變化 以及損傷容限響應對預先存在的損傷狀態(tài)的相關性 它在 建立質量保證要求方面的用處也有限 5 3 用本試驗方法得到的性能 能為得到用類似材料 厚度 鋪層順序等制造的復合材料結構預 期的損傷容限能力提供指南 然而必須要知道 復合材料結構的損傷容限與幾個因素密切相關 這 些因素包括幾何尺寸 厚度 剛度 質量 支持條件等 由于這些參數(shù)的差別 得到的現(xiàn)有損傷狀 態(tài)和壓縮剩余強度之間的關系會有巨大差別 例如 用本試驗方法得到的剩余強度和剛度性能可能 更加反映非加筋實體蒙皮或腹板 而不是連接到骨架上抵抗面外變形的蒙皮損傷容限特性 類似地 與遠大于試驗件的壁板相比 預期試驗件的性能類似于具有同樣長度與寬度壁板的性能 5 4 報告一節(jié)對會影響壓縮剩余強度并要予以報告的項目提出了要求 它們包括 材料 材料制造 方法 鋪層方位精度 層壓板鋪層順序和總厚度 試件幾何尺寸 試件制備 試件調節(jié) 試驗環(huán)境 空隙含量 增強體體積百分數(shù) 損傷的類型 尺寸和部位 包括無損檢測方法 試件 夾具對中與 夾緊和試驗速度 5 5 由剩余強度評定得到的性能包括如下 壓縮剩余強度FCAI 與橫梁位移有關的壓縮力和與橫梁 位移有關的表面應變 6 影響因素影響因素 6 1 含損傷試件的響應與很多因素有關 如層壓板厚度 單層厚度 鋪層順序 環(huán)境條件 損傷 類型 損傷幾何尺寸 損傷部位和加載 支持條件 從而 除非采用相同的試驗構型 試驗條件和 層壓板構型 否則不能對材料進行比較 因此在試驗結果中要報告與標準試驗構型的所有差別 當 把用本試驗方法得到的數(shù)據(jù)用于設計應用時 必須考慮具體的結構構型和邊界條件 6 2 材料與試件的制備 差的材料制造操作方法 對纖維準直度缺乏控制以及不適當?shù)脑嚇蛹庸?所引起的損傷 通常是復合材料材料數(shù)據(jù)高分散性的已知原因 試驗件板制備方面引起數(shù)據(jù)分散性 的重要因素包括厚度偏差 面外曲率 表面粗糙度和沒有保證8 2條規(guī)定的尺寸和平面度容差 平 行度和垂直度 6 3 損傷類型 引入損傷時產(chǎn)生的復合材料破壞模式的變異能引起強度 剛度和應變數(shù)據(jù)的分散 性 6 4 損傷幾何尺寸和部位 損傷尺寸 形狀和部位 在板的平面內和厚度方向 能對試件的變形 和強度行為有重大影響 如果損傷尺寸相對板的長度與寬度過大 則邊緣效應 邊界約束和含損傷 的應力 應變場會相互影響 建議損傷尺寸不超過無支持試件寬度的一半 42 mm 1 7 in 以盡量 減小損傷與邊界相關的應力 應變場之間的相互作用 因為試件的長寬比為1 5 比較小 其應力 應 變分布對沖擊或壓痕損傷引起的干擾特別敏感 6 5 注3 為了研究較大的損傷尺寸對復合材料層壓板壓縮剩余強度的影響 推薦考察像NASA 1092規(guī)定的替代 試件和夾具設計 它更大一些 并能容許更大的損傷 而與邊界支持條件沒有明顯的相互作用 6 5 試驗夾具特性 大板邊界約束結構的構型對試驗結果會有重大影響 在標準試驗夾具中 頂 部和底部支持不提供夾持 但對由于夾具幾何形狀產(chǎn)生的面外轉動有一些約束 側邊支持是刀口 它對轉動沒有約束 邊緣支持必須共面 試驗結果會受試件當?shù)夭煌瑒影鍘缀纬叽缬绊?還會受 滑動板與試件之間存在間隙的影響 它能降低有效的邊緣支持 并在試件的頂部和底部表面產(chǎn)生集 中載荷引入狀態(tài) 此外 試驗結果可能受到滑動板緊固件所受扭矩變化的影響 緊固件松動也可能 減小有效的邊緣支持 6 6 系統(tǒng)對中 試驗夾具與試驗機加載軸不對中 并通過加墊來對試件加載端施加必需的單軸位 移會產(chǎn)生誤差 6 7 材料正交各向異性 材料的正交各向異性對破壞模式和測量的壓縮剩余強度有重大影響 根 據(jù)11 14條 只有當觀察到適當?shù)钠茐哪Ｊ綍r 才應報告有效的強度結果 6 8 無損檢測 無損檢測 NDI 結果受所用具體方法 NDI方法的固有變化 操作者的經(jīng)驗等 的影響 6 9 壁板穩(wěn)定性 失穩(wěn)或初始失穩(wěn)的精確檢測也許是不可能的 損傷的性質對局部彎曲剛度有重 大影響 局部彎曲剛度會使破壞模式變得復雜 從而使該數(shù)據(jù)只限于所試驗的獨特構型 7 設備設備 7 1 千分尺 對非規(guī)則面 如層壓板的真空袋一側 千分尺應使用名義直徑為4 6mm 0 16 0 25 in 的 球形觸頭 而對機加過的端面或很光滑的貼模面則使用平觸頭 量具的精度應保證試件寬度和厚度 讀數(shù)在1 以內 對一般的試件幾何尺寸 測量厚度時要求量具的精度高于 0 0025mm 0 0001 in 而測量長度 寬度和損傷尺寸時要求量具的精度不低于 0 025mm 0 001 in 7 2 支持夾具 如圖1和2所示的壓縮試驗夾具應使用可調節(jié)的固定板 使得試件在端部受載時支 持試件的邊緣和抑制屈曲 夾具的構成包括1個底座 2個底座滑動板 2個角板 4個側板 1個頂 板和2個頂部滑動板 允許使用角板與底座整體連接的替代夾具 側邊支持是刀口 它對局部的面 外轉動沒有約束 頂部和底部支持不夾緊 但由于夾具的幾何形狀 對轉動有一些約束 側板成直 角 并與試件有8 mm 0 30 in 的搭接 夾具可調節(jié) 以便允許試件長度 寬度和厚度有小的變化 頂板和側板與夾具下面部分不直接連接 它們可以在試驗件頂端滑動 側板要足夠短 以保證側邊 導軌和頂板在試驗期間保持間隙 7 2 1 支持夾具細節(jié) 圖3 10涵蓋了制造滿足本試驗方法要求的支持夾具的詳細圖紙 也可以使 用滿足本節(jié)要求的其他夾具 例如Wyoming 試驗夾具 Inc Model CU CI Boing BSS 7260 Type II Airbus ASTM 1 0010 SACMA SRM 2R 94 7 夾具的構成應有足夠的剛度和精度 以滿足本試驗方 法的加載均勻性要求 下列通用注解適用于所有這些圖 7 2 1 1 除非另有規(guī)定 要機加到表面光潔度3 2 125 7 2 1 2 所有尖角倒圓 6 Eastland C Coxon B Avery W and Flynn B Effects of Aspect Ratio on Test Results from Compression Loaded Composite Coupons Proceedings of ICCM X Whistler BC Vol IV A Poursartip and K Street eds Woodhead Publishing Ltd 1995 7 如果你知道其他的供應商 請把有關信息提供給ASTM International Headquqters 你的意見將在你可以參加的相應技術委員會1會議上得到 認真的考慮 6 7 2 1 3 試驗夾具應用鋼制造 對室溫試驗可以用低碳鋼制造 對非室溫環(huán)境條件 推薦的夾具材 料是無熱處理鐵氧體或時效硬化不銹鋼 為提高耐久性的熱處理是可接受的 但不要求 注4 經(jīng)驗表明 由于使用操作 夾具會受損 因此夾具尺寸和容差的定期檢測是很重要的 7 3 試驗機 試驗機應與操作規(guī)程E 4一致 并應滿足下列要求 7 3 1 試驗機構型 試驗機應既有本質上固定的頭又有可移動的頭 7 3 2 平臺 試驗機應裝有很好對中的固定 相對與球形座 平臺 平臺表面在試驗夾具頂部板 長100 mm之內 平行度達到0 025 mm 0 001 in 如果平臺硬度不夠 或只是簡單地對平臺表面進 行防護 則可以在夾具的兩端和相應平臺之間塞上具有平行表面又足夠硬的板 下平臺應做上標記 以便于試驗夾具在平臺之間對中 7 3 3 驅動機構 試驗機驅動機構應能使移動頭相對固定頭以可控的速度移動 移動頭的速度應 能按11 6條規(guī)定得到控制 7 3 4 力傳感器 試驗機的力傳感裝置應能指示試驗件承受的力的總量 該裝置在規(guī)定的試驗速 率下基本上無慣性滯后 并應在所關心的力范圍內給出精度在指示值 1 的力的指示值 7 3 5 橫梁位移指示器 試驗機應能監(jiān)控和記錄橫梁位移 行程 其精度至少在 1 以內 如果 試驗機的柔度比較大 則用位移精度在 1 以內的LVDT或類似裝置測量移動頭的位移是可接受的 7 4 環(huán)境箱 當要對材料在非實驗室環(huán)境下進行預浸潤時 需要有可進行溫度 蒸氣水平控制的環(huán) 境浸潤箱 它應能使所需的溫度保持在 3 5 以內 所需的相對濕度保持在 3 以內 環(huán)境箱 浸潤應進行監(jiān)控 或采用自動連續(xù)監(jiān)控 或采用人工定期監(jiān)控 7 5 環(huán)境試驗箱 對不同于實驗室大氣環(huán)境的試驗環(huán)境需要環(huán)境試驗箱 該環(huán)境箱應能在力學試 驗期間 使試驗件保持在所需的試驗環(huán)境中 試驗溫度應保持在所需溫度的 3 5 以內 所需 的濕度水平保持在 3 以內 7 6 應變指示裝置 建議對試件進行應變測量 但不要求 如果進行應變測量 則應在4個位置 同時測量縱向應變 如圖11和12所示試件兩表面2個背靠背位置 來保證施加純壓縮載荷 并檢測 彎曲或屈曲 如果存在 在任一試件上 對所有的應變測量 應采用相同型號的應變傳感器 應 對應變計 表面準備和膠黏劑進行選擇 以便對規(guī)定的試驗環(huán)境在所測材料上提供最佳的性能 應 變指示裝置與試件的連接不應對試件表面產(chǎn)生損傷 注5 雖然不測量應變也可以進行壓縮試驗 但不使用儀器會使很難檢測出不想要的失穩(wěn) 為此推薦在壓縮 加載時對試驗件進行應變測量 注6 在將試件放進環(huán)境調節(jié)箱進行吸濕調節(jié)以前 需要用多層防護涂層 如成為微粒的蠟 高溫Teflon帶 帶膠層鋁箔和室溫固化硫化混合物 對安裝在試件上的應變計仔細地進行防水涂護 8 7 7 數(shù)據(jù)采集設備 需要能記錄力 橫梁位移和應變數(shù)據(jù)的設備 7 8 對中板 如果單個的試驗件不帶應變測量的儀器 應使用帶儀器的對中板來調整支持夾具 對中板應在材料 鋪層和幾何尺寸方面等同于試驗件 應是無損的 并應如7 6條所述安裝測量儀 器 8 Vijayaraju K Mangalgiri P D and Parida B K Hot Wet Compression Testing of Impact Damaged Composite Laminates Proceedings of the Ninth International Conference on Fracture ICF 9 Sydney Australia 1997 pp 909 916 7 8 取樣與試驗件取樣與試驗件 8 1 取樣 對每種條件至少試驗5個試件 除非利用較少的試件可以得到有效的結果 如對于事 先計劃好的實驗這種情況 對于有統(tǒng)計意義的數(shù)據(jù) 應參考在操作規(guī)程E 122中所列出的步驟 應 報告取樣的方法 8 2 幾何形狀 8 2 1 鋪層順序 為了對不同材料的壓縮剩余強度進行比較篩選 標準試件厚度應為4 0 6 0mm 0 16 0 24 in 目標厚度為5 0mm 0 20 in 層壓板定義如下 8 2 1 1 單向帶 層壓板結構由適當數(shù)量的單向層組成 使得固化后的總厚度盡可能接近 5 0mm 0 20 in 其鋪層順序則為 45 0 45 90 NS 其中N為整數(shù) 如果 最接近 的厚度小于 4 0mm 0 16 in 那么應該采用N的后繼值即N 1 表1中提供了對不同的固化后單層名義厚度推薦 的鋪層 層壓板的鋪層應這樣定義 使得0 纖維方向與長度方向尺寸相一致 表1 對不同的固化后單層名義厚度 單向帶推薦的鋪層 固化后單層名義厚度 最小值 mm in 最大值 mm in 層數(shù)鋪層 0 085 0 0035 0 10 0 004 48 45 0 45 90 6S 0 10 0 004 0 13 0 005 40 45 0 45 90 5S 0 13 0 005 0 18 0 007 32 45 0 45 90 4S 0 18 0 007 0 25 0 010 24 45 0 45 90 3S 0 25 0 010 0 50 0 020 16 45 0 45 90 2S 0 50 0 020 0 75 0 030 8 45 0 45 90 S 8 2 1 2 機織物 層壓板結構應由適當數(shù)量的織物層構成 使固化后的總厚度盡可能最接近于 5 0mm 0 20 in 其鋪層順序則為 45 45 0 90 NS 其中N為整數(shù) 如果 最接近 的厚度小于 4 0mm 0 16 in 則采用N的后繼值N 1 記號 45 45 和 0 90 表示機織物單層 其經(jīng) 緯向纖維指 向所規(guī)定角度 含緞紋機織物的層壓板應具有對稱的經(jīng)線表面 除非另有規(guī)定并在報告中注明 表 2中提供了對不同的固化后單層名義厚度推薦的鋪層 層壓板的鋪層應這樣定義 使得0 纖維方向 與長度方向尺寸相一致 表2 對不同的固化后單層名義厚度 機織物推薦的鋪層 固化后單層名義厚度 最小值 mm in 最大值 mm in 層數(shù)鋪層 0 085 0 0035 0 10 0 004 48 45 45 0 90 12S 0 10 0 004 0 13 0 005 40 45 45 0 90 10S 0 13 0 005 0 15 0 006 32 45 45 0 90 8S 0 15 0 006 0 18 0 007 28 45 45 0 90 7S 0 18 0 007 0 20 0 008 24 45 45 0 90 6S 0 20 0 008 0 25 0 010 20 45 45 0 90 5S 0 25 0 010 0 36 0 014 16 45 45 0 90 4S 0 36 0 014 0 50 0 020 12 45 45 0 90 3S 0 50 0 020 1 00 0 040 8 45 45 0 90 2S 1 00 0 040 1 50 0 060 4 45 45 0 90 S 8 2 1 3 可供選擇的鋪層順序 已經(jīng)采用本試驗方法對其他鋪層制造的層壓板進行了試驗 并得 到了可接受的破壞模式 這種層壓板必須有多向纖維方位 對預浸帶層壓板纖維方位至少為3個 對織物層壓板至少2個鋪層方位 它們相對試驗方向是對稱均衡的 由其他鋪層順序進行的試驗必 須指明所記錄的鋪層順序 并給出包括所有試驗結果的報告 8 注7 通常應選擇 45i 0i 45j 90k mS預浸帶或 45i 0j mS織物層壓板 使得在4個主方向上每個方向的纖維層不少 于5 已經(jīng)發(fā)現(xiàn) 這種設計得到可接受壓縮剩余強度破壞模式的概率最高 并且已經(jīng)產(chǎn)生了能夠用本試驗方法和試 驗方法D 7136 D7136M中描述的操作規(guī)程很好表征的壓痕 沖擊損傷 具有很少纖維 單層方位的層壓板能顯示復雜 的損傷幾何形狀 對其的表征要困難得多 8 2 2 試件構型 圖11和12所示為板試件的幾何形狀 8 3 試件制備 指南D 5687 D 5687M提供了試件制備的推薦程序 并應遵循實際可行的要求 8 3 1 板的制造 對纖維方位的控制是關鍵 纖維方位的偏差會降低所測量的性能 板必須要平 并具有均勻的厚度 以保證均勻加載 纖維方位變化無常也會增加變異系數(shù) 要在報告中給出板的 制造方法 在所有的表面 試件應有均勻的橫截面 在試件長度和寬度的任意方向 厚度方向的錐 度不應大于0 08mm 0 003 in 按11 2 3條測量得到的厚度變異系數(shù)應小于2 8 3 2 機加方法 對這樣的試件 試件的制備特別重要 當用大板切割試件時要特別小心 以避 免切口 尺寸過小 表面粗糙或不平整 或是由于不適當?shù)臋C加方法引起分層 要通過用水潤滑的 精密鋸割 銑切或研磨來得到最后的尺寸 已經(jīng)發(fā)現(xiàn) 對很多材料體系用金剛砂刀具 和高壓水切 割 特別有效 邊緣應平整 平行度應在規(guī)定的容差內 圖11和12中給出了機加的容差和表面光潔 度的要求 要記錄和報告試件切割方法 8 3 3 標記 要對板試件做標記 以便它們能被彼此區(qū)分和對原材料進行跟蹤 同時既不會影響 試驗 也不會受到標記的影響 9 標定標定 9 1 應該按照設備使用時所實行的標定方法 對全部測量設備的精度進行標定并持有標定證書 10 狀態(tài)調節(jié)狀態(tài)調節(jié) 10 1 標準的狀態(tài)調節(jié)方法 除非規(guī)定了其他的狀態(tài)調節(jié)方法作為實驗的一部分 否則應按試驗 方法D 5229 D 5229M之中的方法C來調節(jié)試件的狀態(tài) 應在標準實驗室環(huán)境 23 3 C 73 5 F 50 10 相對濕度 中保存試件和進行試驗 11 試驗過程試驗過程 11 1 試驗之前規(guī)定的參數(shù) 11 1 1 試件取樣方法 試件形式和幾何形狀 以及浸潤的伴隨件 如果需要 11 1 2 壓縮性能和想要的數(shù)據(jù)報告格式 注8 為了選擇適當?shù)膬x器和數(shù)據(jù)記錄設備 在試驗之前確定具體的材料性能 精度和數(shù)據(jù)報告要求 估計 試件的強度和應變響應 有助于選擇傳感器 設備標定和確定設備的安裝 11 1 3 環(huán)境調節(jié)試驗參數(shù) 11 1 4 把損傷引入試件的方法 靜壓痕或落錘沖擊 和相應的參數(shù) 11 1 5 應變計要求和相關的計算 11 1 6 如果要進行 取樣方法 板試件幾何尺寸和用于確定密度和增強體含量的試驗參數(shù) 11 2 通用程序 11 2 1 報告所有與本試驗方法的差別 無論是有意的還是無意的 11 2 2 如果要報告比重 密度 增強體含量或空隙含量 則要從被試驗的同一塊板取得所需試樣 可以借助于試驗方法D 792來評定比重和密度 用試驗方法D 3171的操作規(guī)程之一來評定組分中的 9 體積百分數(shù) 11 2 3 在完成試件最后一道機加工序之后和進行所有的試驗以前 在損傷部位附近的兩個部位測量 試件寬度 w和長度 l 在損傷部位附近4個位置測量試件厚度 并記錄4個測量值的平均值 所有 測量值的精確度應在該尺寸的1 以內 記錄尺寸到以毫米 英寸 為單位的3位有效數(shù)字 11 3 損傷引入 11 3 1 準靜態(tài)壓痕 如果要通過準靜態(tài)壓痕力對試件制造損傷 則按試驗方法D 6264引入 11 3 2 落錘沖擊 如果要通過落錘沖擊對試件制造損傷 則按試驗方法D 7136 D7136M引入 11 4 無損檢測 試驗方法D 7136 D 7137M包含了對沖擊引入損傷試件進行無損檢測 NDI 的方 法 對按試驗方法D 6264通過準靜態(tài)壓痕引入損傷的試件 對損傷狀態(tài)的定義如下 11 4 1 對含損傷試件 要用無損檢測 NDI 技術評定損傷的范圍 為檢測復合材料表面和內部缺 陷 有各種NDI技術 目視檢測和液體滲透方法能用于辨別表面缺陷 而要檢測如裂紋 劈裂和分 層這樣的內部缺陷 則需要更復雜的技術 這些技術包括超聲 射線圖像 熱像 聲發(fā)射 模態(tài)分 析 如帶儀器的敲擊試驗 和渦流試驗 MIL HDBK 17 3F中的7 4 2節(jié)給出了對現(xiàn)有技術的概述 MIL HDBK 728 1系列中覆蓋了這些方法的基本原理和方法 而對理論和數(shù)據(jù)解釋的更詳細的信息 可在下列文獻中找到 對熱像法見MIL HDBK 731A 對聲發(fā)射見MIL HDBK 732A 對射線圖像見 MIL HDBK 733A 對超聲見MIL HDBK 787A 要記錄NDI評定時用的方法 規(guī)范和參數(shù) 注9 試件的剩余強度依賴于當前損傷的狀態(tài) 術語 損傷 意味著關于損傷的類型 范圍和位置 并且本 質上是三維的 在MIL HDBK 17 3F中討論的NDI技術 對于不同的損傷形式 在三維方向檢測不同損傷形式的能 力等均有各自不同的應用 在某些情況下 例如 當存在多個分層和基體裂紋時 為適當表征三維損傷狀態(tài)可能 需要聯(lián)合使用幾種NDI技術 11 4 2 按試驗方法D 6264測量壓痕深度 11 4 3 用在7 1節(jié)中定義的適當?shù)膬x器測量和記錄所檢測損傷的幾何尺寸 用圖13作為指南 確定 相對試件中心8個指示點的位置 同時確定損傷寬度 損傷長度和最大損傷直徑 此外 也可以采 用自動化算法來定義損傷范圍和用數(shù)字化的NDI數(shù)據(jù)來計算二維損傷面積 注10 測量的損傷寬度 長度和直徑的尺寸容差取決于所用的NDI方法 11 4 4 對每個試件記錄觀察到的損傷模式和觀察到損傷模式的所在表面 損傷試件可能存在不止一 種損傷模式 圖14給出了常見的損傷模式 11 5 按要求對試件進行環(huán)境調節(jié) 如果試驗環(huán)境不同于正在調節(jié)的環(huán)境 則要將試件放置在調節(jié) 好的環(huán)境中直至試驗 注11 與損傷引入以前進行調節(jié)相比 調節(jié)以前引入損傷可能會產(chǎn)生不同的結果 例如在浸潤以前引入損傷 可能會降低損傷阻抗 因為在浸潤以前板試件可能彎曲剛度更大一些 更可能通過形成損傷來吸收沖擊或壓痕能量 同樣 引入損傷以后再浸潤 在損傷位置的區(qū)域會加速局部吸濕 11 6 試驗速度 設置試驗速度 使得在1 10 min 內產(chǎn)生破壞 如果無法正確地估計材料的極限 強度 應該用標準速度進行探索 直至知道材料的極限強度和系統(tǒng)的柔度 并且能對試驗速度進行 調節(jié) 建議的標準橫梁位移速率是1 25 mm min 0 05 in min 11 7 試驗環(huán)境 如果可能 要在狀態(tài)調節(jié)所用的同一液體曝露水平下對試件進行試驗 但是像 吸濕試件的高溫試驗情況 對常見的試驗機環(huán)境箱就提出了不現(xiàn)實的要求 在這種情況下 可能需 要對力學試驗環(huán)境進行修改 例如采用在不控制液體曝露水平的高溫下進行試驗 在將試件從環(huán)境 箱中取出后 試驗應在規(guī)定的時間范圍內 通常為10 30 min 做到破壞 記錄對試驗環(huán)境的任何 修改 10 11 8 試件 對中板的安裝 11 8 1 如果對某個試件沒有使用應變測量儀器 則應在對相同試件的每個試樣進行試驗以前 采用 帶有儀器的對中板來代替試驗件完成步驟11 8 2到11 12 11 8 2 檢查夾具與標準附圖的一致性 調節(jié)角板的位置 使得每個角板與試驗件邊緣的間隙為 0 8 1 5 mm 0 03 0 06 in 對連接角板與底板的夾具螺栓施加扭矩約7 N m 60 in lbf 11 8 3 把試驗件裝到壓縮剩余強度夾具上 使試件的機加端與夾具的上下兩半的端頭平齊 從而應 使損傷部位處于夾具的中心 用連接到角板的側板和連接到底板的滑動板來支持試件 通過調節(jié)側 板和滑動板使試件對中 以保證試件垂直于夾具底板 用手擰緊側板和滑動板的螺栓 來保證對試 件的側向支持 把頂板放到試件的頂部 用手擰緊頂板上滑動板的螺栓 以確保對試件的支持 11 8 4 用塞尺檢查試件與側板 滑動板之間的間隙 調節(jié)側板 滑動板或必要時加墊片來保證間隙小 于0 05 mm 0 002 in 11 9 夾具在試驗機上的安放 把夾具放在試驗機的平臺之間 仔細調節(jié)夾具的垂直軸與試驗方 向的對中 用7 3 2條所述的記號使夾具對中 11 10 應變計準備 把應變計導線與數(shù)據(jù)采集裝置相連接 為確定有效的壓縮模量 必須在兩個 規(guī)定的應變水平 通常為1000和3000 見13 2條 測量層壓板應力 如果在任一應變水平上試件 出現(xiàn)彎曲 則在試件相對表面上 在背靠背的應變計上 測得的應變會不相等 因為彎曲的量不影響 應變平均值 兩個背靠背的應變計的平均值就是所要的應變 彎曲的百分比必須小于10 11 11 預加載 如果需要 對試件 夾具組合施加450 N 100 lbf 的壓縮力 以保證所有的加載面互 相接觸 并與平臺對中 把壓縮載荷降低到150 N 35 lbf 對所有的儀器預調零和平衡 11 12 載荷對中 11 12 1 擰緊連接側板與滑動板的夾具螺栓到約7 N m 60 in lbf 11 12 2 以規(guī)定的速率對試件施加壓縮力 同時記錄數(shù)據(jù) 直至達到預期破壞載荷的10 以相等 的卸載速率把壓縮載荷降低到150 N 35 lbf 以檢查應變輸出以便對中 11 12 3 為判斷試件的彎曲 對記錄的應變計數(shù)據(jù)進行審查 試件相對表面上應應力 應變或力 應變 斜率的差表明了試件的彎曲 用公式1確定每個背靠背應變計位置在施加最大力時的彎曲百分數(shù) By 彎曲百分數(shù) 1 100 21 21 式中 1一個面上應變計的指示應變 2背面應變計的指示應變 計算得到的彎曲百分數(shù)的符號表明了出現(xiàn)彎曲的方向 對確定彎曲是由試驗件 試驗裝置或試驗步 驟中對稱性誤差所引起 而不是試驗與試驗之間的隨機影響時 這個信息是很有用的 11 12 4 試件相對表面應變讀數(shù)的快速發(fā)散 或彎曲百分數(shù)的迅速增長是壁板失穩(wěn)起點的指示 如 果發(fā)現(xiàn)應變計數(shù)據(jù)出現(xiàn)其中任何一種情況 或施加最大力時的彎曲百分數(shù)超過10 則要檢查夾具 試件和加載平臺 以找出可能引發(fā)試件彎曲的情況 如存在間隙 緊固件松動或平臺不對中 松開 夾具螺栓 按需要來調節(jié)側板和滑動板 如11 8條 以及平臺 如11 11條 以盡可能減小在規(guī)定低 壓縮力幅值時的彎曲 11 13 拆除對中板 試件安裝 如果對某個試件沒有使用應變測量儀器 則要從支持夾具上卸掉壓 11 縮力 使上平臺離開支持夾具足夠的距離 以便可以接近頂板 從數(shù)據(jù)采集裝置上拆除應變計導線 松開連接側板和滑動板的夾具螺栓 從支持夾具上卸掉對中板 按11 8 3條所述將試驗件裝入支持 夾具 對試件按11 11條預加載 對連接側板與滑動板的夾具螺栓施加扭矩約7 N m 60 in lbf 注12 在對相同試件的每個試樣進行試驗時 每次試驗后不必對試驗夾具再次對中 11 14 加載 按規(guī)定的速率對試件施加壓縮力 同時記錄數(shù)據(jù) 對試件加載直至達到最大值 并 且載荷掉落至距最大值大約30 時 除非特別想要試件破壞 否則終止試驗 防止真實的破壞模式 被大范圍的畸變所遮蔽 以便提供更有代表性的破壞模式評定和防止損壞支持夾具 11 15 數(shù)據(jù)記錄 連續(xù)或以規(guī)定的間隔記錄力 橫梁位移和力 應變 如果進行測試 對本試驗方 法 推薦的采樣速率為每秒2到3個數(shù)據(jù)記錄 每個試驗的最少目標數(shù)據(jù)點為100個 如果發(fā)現(xiàn)柔度 變化或層的初始破壞 則記錄這些點的力 位移 如果有 應變 和損傷模式 如果要對試件實施 破壞 則在盡可能接近破壞的瞬間記錄最大力 破壞力和橫梁位移 注13 在了解試驗異常 夾緊或試件打滑問題時有用的其他有價值的數(shù)據(jù)包括力 應變數(shù)據(jù) 側向彎曲百分 數(shù)和力 時間數(shù)據(jù) 11 16 破壞模式 記錄每個試件破壞的模式 區(qū)域和位置 應使用表3中歸納的三位破壞模式描 述符 該符號的第一位描述破壞類型 第二位描述破壞區(qū)域 最后一位描述破壞位置 圖15給出了 常見可接受的破壞模式 表3中第一個字符列中所有的破壞模式都是可以接受的 但下列模式除外 端部壓塌 邊緣受約束的分層擴展 此時 在最后破壞以前分層擴展 附加的承載能力來自于邊緣 約束 或壁板屈曲 除非試件尺寸代表了具體的結構應用 邊緣約束的分層擴展和壁板屈曲不能 用試驗期間和試驗后對試件的目視檢測確定 而必須通過對應力 應變或力 應變曲線的檢測來確定 注14 對壁板失穩(wěn)和邊緣約束分層擴展的目視檢測 像影像云紋這樣的技術會很有用 當采用這樣的技術時 應對試件兩側進行監(jiān)控 注15 認為應變計的破壞 遠離引入的損傷 是可接受的 但對引入的損傷 不可能提供試件剩余強度的真實 測量值 應變計破壞可能表明壁板對引入的損傷不敏感 使得它在接近壁板無損強度的壓縮應力下破壞 從而應變 計的破壞可能表明在破壞處附近有未檢出的損傷或缺陷 使得測得的破壞應力低于壁板的無損強度 以及對檢測出 損傷的破壞應力 表3 三位破壞模式編碼 第一個字符第二個字符第三個字符 破壞類型編碼破壞區(qū)域編碼破壞部位編碼 斜角A端部 邊緣A底部B 端部開花B損傷處 穿過損傷D左側L 端部壓塌C 遠離損傷 應變計 處 G中間M 在最后破壞時 分層擴展到邊緣 長度 方向 D多處M右側R 穿透厚度H各種各樣V頂部T 壁板失穩(wěn)I未知U各種各樣V 扭曲帶K未知U 側向L 多模式M xyz 最后破壞以前 分層擴展到邊緣 受邊 緣約束 R 長度方向 劈裂S 在最后破壞時 分層擴展到邊緣 寬度 方向 W 爆炸型X 其他O 12 12 驗證驗證 12 1 不應計算在某個明顯缺陷處斷開試件的極限性能值 除非這樣的缺陷是要研究的一個變量 對其值不被計算的試件 應重新進行試驗 12 2 在應變計截面最后破壞以前有時會出現(xiàn)少量的端部壓塌 如果端部壓塌被止住 并且最后達 到了有效的應變計截面破壞 則端部壓塌不一定就宣判試驗無效 12 3 壁板開始失穩(wěn)或彎曲過度使試驗無效 對認為有效的試驗結果 彎曲百分數(shù)應小于按公式1確 定的10 確定有效弦模量計算用應變范圍 見13 2條 中點處的彎曲百分數(shù) 對認為有效的強度和破 壞應變數(shù)據(jù)的破壞應變 也應滿足同樣的要求 如果可能 應記錄彎曲百分數(shù) 平均應變圖 以便 于確定破壞模式 12 4 在試樣母體的破壞模式中有相當大的部分出現(xiàn)在遠離損傷部位處 應是重新考察把力引入材 料方式的原因 考慮的因素包括夾具對中 側板 滑動板與試件之間的間隙 滑動板緊固件扭矩 試件厚度斜錐和試件端部機加不平整 13 計算計算 13 1 極限強度 用公式2計算極限壓縮剩余強度和報告結果到3位有效數(shù)字 FCAI Pmax A 2 式中 FCAI極限壓縮強度 MPa psi Pmax破壞前的最大力 N lbf A橫截面 hw mm2 in 2 13 2 有效模量 用公式3計算有效壓縮模量和報告結果到3位有效數(shù)字 應把對所有4個應變計的 平均應變在1000和3000 時施加的力作為基礎 2 APPE 1000300010003000 CAI 式中 ECAI有效壓縮模量 MPa psi P3000對應 3000時施加的力 N lbf P1000對應 1000時施加的力 N lbf 3000最接近3000 時記錄的應變值 1000最接近1000 時記錄的應變值 13 3 統(tǒng)計 對每個系列試驗的壓痕深度d 計算平均值 標準差和偏差系數(shù) 百分數(shù) 如果沖 擊裝置能夠檢測接觸力和沖擊頭的速度 則還要對每個系列試驗的沖擊速度 沖擊能量 F1 Fmax E1 Emax和tT進行這樣的計算 6 nxx n i i 1 7 1 1 22 1 nxnxS n i n i 13 CV 100 Sn 1 8 x 式中 樣本均值 平均值 x Sn 1樣本標準差 CV樣本偏差系數(shù) n試件數(shù) xi測量的或導出的性能 14 報告報告 14 1 報告要盡最大可能給出下列信息或含有這些信息的參考文獻 對超出特定試驗室范圍的事項 如關于材料的詳細情況或板加工參數(shù) 給出有關報告則是委托方的責任 注16 指南E 1309 E 1434和E 1471含有有關對復合材料和復合材料力學試驗推薦需要報告的數(shù)據(jù) 14 1 1 本試驗方法的新版本級別及發(fā)布日期 14 1 2 試驗人員姓名 14 1 3 任何與本試驗方法不同之處 試驗期間所發(fā)現(xiàn)的異常情況 以及試驗期間所出現(xiàn)的設備問題 14 1 4 所有試驗板試件材料組分的識別信息 對每件都包括材料規(guī)范 材料類型 制造廠家的材料 牌號 制造廠家的批號或爐號 來源 如果不是由制造廠家提供 檢驗日期 有效期限 單絲直徑 纖維束或紗支數(shù)與捻度 上膠 成型或機織 纖維面積重量 基體類型 基體含量以及揮發(fā)物含量 14 1 5 準備層壓板母體制造步驟的描述 包括制造開始時間 制造結束時間 工藝規(guī)范 固化循環(huán) 壓實方法及對所用設備的描述 14 1 6 相對縱向 長度方向 尺寸層壓板中層的方位與鋪層順序 14 1 7 如果要求 則報告密度 增強體體積含量和空隙含量試驗方法 試件取樣方法和幾何尺寸 試驗參數(shù)和試驗結果 14 1 8 準備試驗件的方法 包括對試件的標記圖和方法 試件幾何尺寸 取樣方法和試件切割方法 14 1 9 所有測量儀器與試驗設備的標定日期和方法 14 1 10 試驗機型號和對中結果 數(shù)據(jù)采集采樣速率和設備型號 14 1 11 每個試件測量得到的長度 寬度和厚度 如果適當 在損傷和環(huán)境狀態(tài)調節(jié)前后 14 1 12 試件的重量 14 1 13 狀態(tài)調節(jié)參數(shù) 結果和順序 在損傷引入以前進行狀態(tài)調節(jié) 或反之 14 1 14 試驗室的相對濕度與溫度 14 1 15 試驗機環(huán)境箱 如果使用 的環(huán)境和浸潤時間 14 1 16 試驗的試件數(shù) 14 1 17 損傷引入的方法 靜壓痕或落錘沖擊 14 1 18 對通過靜壓痕引入損傷的試件 按試驗方法D 6264所有適用的參數(shù) 以及無損評定試驗的 結果 包括方法 規(guī)范 檢測參數(shù)和操作人員 損傷幾何尺寸 包括8個規(guī)定測量點的位置 損傷 14 寬度 損傷長度 壓痕深度和損傷最大直徑 和每個試件觀察到的損傷模式 14 1 19 對通過落錘沖擊引入損傷的試件 按試驗方法D 713 7136M所有適用的參數(shù) 14 1 20 支持夾具對中的方法 單個試件用的儀器 或使用對中板 14 1 21 壓縮剩余強度試驗速度 14 1 22 單個極限壓縮剩余強度和母體的平均值 標準差與變異系數(shù) 14 1 23 如果進行了試件的應變測量 單個有效