ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

КОМПОЗИТЫ ПОЛИМЕРНЫЕ

Определения механических характеристик при сжатии однонаправленно армированных материалов испытанием на четырехточечный изгиб «сэндвич»-балки

ASTM D5467/D5467M - 97 «Standard Test Method for Compressive Properties of Unidirectional Polymer Matrix Composite Materials Using a Sandwich Beam»

(MOD)

Настоящий проект стандарта не подлежит применению до его утверждения

Москва Стандартинформ 201_ г

ГОСТР

(проект, 1-я редакция)

Предисловие

1    ПОДГОТОВЛЕН Объединением юридических лиц «Союз производителей композитов», на основе аутентичного перевода на русский язык указанного в пункте 4 стандарта, который выполнен ТК 497

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 497 «Композиты, конструкции и изделия из них»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства

по техническому регулированию и метрологии от__201_    г.    №_

4    Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к региональному стандарту АСТМ Д5467/Д5467М-97 «Определения механических характеристик при сжатии однонаправленно армированных материалов испытанием на четырехточечный изгиб «сэндвич»-балки» (ASTM D5467/D5467M-97 «Standard Test Method for Compressive Properties of Unidirectional Polymer Matrix Composite Materials Using a Sandwich Beam») путем изменения его структуры для приведения в соответствие с правилами, установленными в ГОСТ 1.5 (подраздел 3.1), путем изменения содержания отдельных структурных элементов, которые выделены вертикальной линией, расположенной на полях этого текста, а также не включения отдельных структурных элементов, ссылок и/или дополнительных элементов. Сравнение структуры настоящего стандарта со структурой указанного регионального стандарта приведено в дополнительном приложении ДБ. Оригинальный текст невключенных, модифицированных структурных элементов регионального стандарта и объяснения причин внесения технических отклонений приведены в дополнительных приложениях ДА и ДВ.

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

© Стандартинформ, 201_

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТР

(проект, 1-я редакция)

6.4    Устанавливают скорость перемещения опор в соответствии с нормативной или технической документацией на изделие. При отсутствии этих данных скорость перемещения опор устанавливают такой, чтобы разрушение образца происходило в течение 1 -10 мин. Рекомендуемые значения:

-    скорость деформации - 0,01 мин^-1;

-    скорость перемещения опор - 1,5 мм/мин.

6.5    Нагружают образец с заданной постоянной скоростью и записывают значения нагрузки и деформации.

Если при испытании образца типа А, разница в показаниях между двумя датчиками регистрации деформации превышает 10 % результаты испытания не учитывают.

Значения регистрируют непрерывно или через регулярные интервалы, так чтобы при проведении испытания было записано не менее 100 значений.

6.6    При появлении первичных признаков разрушения верхней грани образца: резкое изменение формы графика зависимости напряжения от деформации (образование так называемой области перехода) или начальное разрушение слоя верхней грани - записывают значения нагрузки, деформации и характер разрушения.

6.7    При разрушении верхней грани образца записывают значения максимальной нагрузки и деформации.

6.8    Для описания места и характера разрушения используют обозначения в соответствии с АСТМ Д3410/Д3410М и таблицей 2.

7.6 Хордовый модуль при сжатии материала внешнего слоя образца Е^хорд, МПа, вычисляют по формуле

^хорд _

As

А<т- изменение прочности при сжатии для двух точек деформации, в соответствии с таблицей 3, МПа;

As - изменение средней деформации при сжатии для двух точек, в соответствии с таблицей 3, (необходимо использовать абсолютную деформацию не микродеформацию, номинально 0,002).

7.6.1 Выбирают соответствующий диапазон деформаций для модуля упругости, определяемого хордой по таблице 3.

Таблица 3

7.7    Деформацию перехода определяют в соответствии с АСТМ Д3410/Д3410М.

7.8    Среднее арифметическое предела прочности при сжатии

верхней грани образца F^cu, МПа, среднее арифметическое прочности при сжатии верхней грани образца <т,^с ,МПа, среднее арифметическое хордового модуля при сжатии материала внешнего слоя образца Е^хорд, МПа вычисляют по ГОСТ 14359 (подпункт 4.3).

7.9    Стандартное отклонение предела прочности при сжатии верхней грани образца <7_рСи, МПа, стандартное отклонение прочности при сжатии верхней грани образца сг _с, МПа, стандартное от-

°7

клонение хордового модуля при сжатии материала внешнего слоя образца су_Ех₀рд, МПа, вычисляют по формуле

12

ГОСТР

{проект, 1-я редакция)

-    предел прочности при сжатии верхней грани образца, его среднее арифметическое значение, стандартное отклонение и коэффициент вариации;

-    прочность при сжатии верхней грани образца, ее среднее арифметическое значение, стандартное отклонение и коэффициент вариации;

-    среднюю деформацию при сжатии верхней грани образца типа А в i - ой контрольной точке;

-    среднюю максимальную деформации при сжатии верхней грани образца типа А;

-    хордовый модуль при сжатии материала внешнего слоя образца, его среднее арифметическое значение, стандартное отклонение и коэффициент вариации;

-    деформацию перехода;

-    дату проведения испытания.

Примечание - См. ДВ.8 (приложение ДВ).

14

ГОСТР

(проект, 1-я редакция)

Приложение А

(справочное)

Примеры разрушений образцов

1 2

1    - образец разрушения, характер разрушения HGM;

2    - образец разрушения, характер разрушения FGM

Рисунок А. 1 - Примеры допустимого вида разрушений

1 - образец разрушения, характер разрушения WGM; 2 - образец разрушения, характер разрушения DGM; 3 - образец разрушения, характер разрушения CGM

Рисунок А.2 - Примеры недопустимого вида разрушений

15

Приложение ДА

(справочное)

Оригинальный текст невключенных структурных

элементов

ДА.1 3. Терминология

3.1    Определения — терминология стандарта D3878 включает термины, касающиеся высокомодульных волокон и их композитов. Терминология стандарта D883 включает термины, касающиеся пластиков. Терминология стандарта Е6 включает термины, касающиеся механических испытаний. Терминология стандарта Е456 и Практических указаний Е177 включает термины, относящиеся к статистике. В случае расхождений в терминах терминология стандарта D3878 будет иметь приоритетное значение.

3.2    Определения терминов, используемых в данном стандарте'.

3.2.1    номинальное значение, сущ. — значение, существующее только лишь номинально, присвоенное измеряемому свойству с целью упрощения обозначения. В отношении номинального значения могут быть установлены допуски для определения допустимого диапазона для свойства;

3.2.2    ортотропный материал, сущ. — материал, обладающий представляющим интерес свойством, которое, в некоторой заданной точке, характеризуется тремя взаимно перпендикулярными плоскостями симметрии, образующими базовую систему координат материала для такого свойства;

3.2.3    базовая система координат материала, сущ. — система координат с осями, образующими внутри материала ортогональные плоскости симметрии;

3.2.4    эталонная система координат, сущ. — система координат слоистых композитов, используемая для определения ориентации слоев. Одна из осей эталонной системы координат (обычно ось абсцисс декартовой системы координат) обозначается как эталонная ось при определении положения, при этом для определения ориентации слоя базовая ось каждого слоя слоистого материала задается относительно такой эталонной оси;

3.2.5    характерно ортотропный, прил. — описание ортотропного материала, исходя из базовой системы координат материала. Применительно к слоистым композитам, характерно ортотропный слоистый материал представляет собой сбалансированный и симметричный слоистый материал семейства (0i/90j)ns (исходя из базовой системы координат материала), с нулевыми значениями пар сил, действующих на мембрану, при определении зависимости деформации от напряжения;

3.2.6    деформация в области перехода, £^пеР^ехода! Сущ. — значение деформация в среднем диапазоне переходной области между двумя по сути линейными отрезками дробно-линейной кривой «напряжение-деформация» или «деформация-деформация» (кривая зависимости продольной деформации от поперечной деформации, аналогичная кривой используемой для определения коэффициента Пуассона (коэффициента поперечной деформации).

3.3 Обозначения'.

3.3.1 а — расстояние между нейтральными осями испытания и противоположными гранями;

ГОСТР

(проект, 1-я редакция)

3.3.2    А — площадь поперечного сечения испытываемой грани;

3.3.3    CV— выборочный коэффициент вариации, в процентах;

3.3.4    Е₀ — модуль упругости противоположной грани в направлении проведения испытания;

3.3.5    Ef — модуль упругости испытываемой грани в направлении проведения испытания;

3.3.6    F*^u — предельная прочность на сжатие;

3.3.7    G_xz — модуль упругости при сдвиге по толщине;

3.3.8    h_c — толщина заполнителя;

3.3.9    б^с — нормальное напряжение сжатия.

ДА.2 5. Значимость и применение

5.1    Данная методика испытаний предназначена для определения свойств мембран при сжатии для составления технических условий на материалы, использования в рамках проведения исследований и разработок, для обеспечение качества, а также при расчете и анализе прочности. К факторам, влияющим на характеристики при сжатии и подлежащим документированию, относятся такие следующие факторы как: материал, методы подготовки материала и образца, поддержание температурно-влажностного режима образца, лабораторная среда, выравнивание образца, скорость проведения испытания, время для армированных материалов. К свойствам (в направлении проведения испытания), которые могут быть получены на основе данной методики испытаний относятся:

5.1.1    предельная прочность на сжатие;

5.1.2    предельная деформация при сжатии;

5.1.3    модуль упругости (линейный или определяемый по хорде) при сжатии и

5.1.4    деформация в области перехода.

ДА.З 6. Взаимное влияние

6.1    Чувствительность методики испытаний — прочность на сжатие системы, состоящей из одного материала, демонстрирует расхождение величин при определении различными методами. Такие различия могут быть обусловлены влиянием таких факторов, как выравнивание образца, геометрические параметры образца, а также влиянием приспособления, несмотря на предпринятые усилия по сведению к минимуму влияния таких факторов.

6.2    Подготовка материала и образца — модуль упругости при сжатии, и, в частности, прочность на сжатие, восприимчивы к ненадлежащим технологиям изготовления материалов, повреждениям, вызванным ненадлежащей механической обработкой контрольного образца, а также к недостаточности контроля за соосностью волокон.

Необходимо с максимальной тщательностью следить за соосностью волокон относительно координатной оси образца, при этом типовой процедуры обеспечения такой соосности не существует. Процедуры, признанные удовлетворительными, включают следующее: надлом отвержденного однонаправленного слоистого материала рядом с одной из комок параллельно направлению волокна для установления направления [0] или выкладка жгутов из небольшого числа нитей волокна контрастных цветов (арамид в слоистых углепластиках и углеродная нить в арамиде или слоистых стеклопластиках) параллельно направлению [0] в процессе производства препрега или при изготовлении панелей.

6.3    Расчеты — уравнения напряжений основаны на теории балок.

ГОСТР

(проект, 1-я редакция)

Содержание

1    Область применения............................................................................

2    Нормативные ссылки............................................................................

3    Сущность метода..................................................................................

4    Оборудование .......................................................................................

5    Подготовка к проведению испытания.................................................

6    Проведение испытания........................................................................

7    Обработка результатов........................................................................

8    Протокол испытания...........................................................................

Приложение А (справочное) Примеры разрушений образцов............

Приложение ДА (справочное) Оригинальный текст невключенных

структурных элементов..................................................

Приложение ДБ (справочное) Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой примененного регионального

стандарта ........................................................................

Приложение ДВ (справочное) Оригинальный текст

модифицированных структурных элементов..............

ГОСТР

(проект, 1-я редакция)

ДА 4 9. Калибровка

9.1    Точность всех единиц измерительного оборудования должна быть подтверждена соответствующими свидетельствами о поверке, которые должны быть действительными на момент использования оборудования.

ДА.5 14. Точность и систематическая погрешность

14.1    Точность — точность, определяемая как степень взаимной согласованности между отдельными измерениями, пока не может быть оценена из-за недостаточного количества данных.

Данные межлабораторных испытаний представлены в документе ASTM STP 808 (2).

14.2    Систематическая погрешность — в связи с отсутствием приемлемого эталона отсутствует возможность определить систематическую погрешность для данной методики испытаний.

18

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КОМПОЗИТЫ ПОЛИМЕРНЫЕ

Определения механических характеристик при сжатии однонаправленно армированных материалов испытанием на четырехточечный изгиб «сэндвич»-балки

Polymer composites

Determination of mechanical characteristics by compression of unidirectional reinforcement materials by four-point bending of sandwich beam

Дата введения — 201 — —

1    Область применения

Настоящий стандарт распространяется на полимерные композиты и устанавливает метод определения механических характеристик при сжатии в плоскости армирования однонаправленно армированных материалов внешнего слоя «сэндвич»-конструкций испытанием на четырехточечный изгиб «сэндвич»-балки.

В качестве армирующего наполнителя материалов внешнего слоя «сэндвич»-конструкций используют высокомодульные непрерывные волокна.

Примечание - См. ДВ. 1 (приложение ДВ).

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 6507-90 Микрометры. Технические условия ГОСТ 7338-90 Пластины резиновые и резинотканные. Технические условия

ГОСТ 12423-66 Пластмассы. Условия кондиционирования и испытания образцов (проб)

ГОСТ 14359-69 Пластмассы. Методы механических испытаний. Общие требования

ГОСТ 28840-90 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования

АСТМ Д3410/Д3410М-03(2008)* Композиты полимерные. Метод испытания на сжатие при нормальной, повышенной и пониженной температурах

* Действует до введения ГОСТ, разработанного на основе АСТМ Д3410/Д3410М.

1

ГОСТР

(проект, 1-я редакция)

АСТМ Д5229/Д5229М-12** Композиты полимерные. Метод определения влагопоглощения и равновесного состояния

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов по указателю «Национальные стандарты», составленному по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

Примечание - См. ДВ.2 (приложение ДВ).

3    Сущность метода

Сущность метода заключается в том, что образец подвергают четырехточечному изгибу до разрушения материала внешнего слоя образца, при этом определяют:

-    предел прочности при сжатии верхней грани образца;

-    прочность при сжатии верхней грани образца;

-    среднюю деформацию при сжатии верхней грани образца в /-ой определенной контрольной точке;

-    среднюю максимальную деформацию при сжатии верхней грани образца;

-    хордовый модуль при сжатии материала внешнего слоя образца;

-    деформацию перехода.

Примечание - См. ДВ.З (приложение ДВ).

4    Оборудование

4.1    Микрометры по ГОСТ 6507 обеспечивающие измерение толщины образца с точностью 2,5 мкм, ширины образца с точностью 25 мкм.

4.2    Испытания проводят на испытательной машине по ГОСТ 28840, обеспечивающей нагружение образца с заданной постоянной скоростью перемещения активного захвата, измерение нагрузки с погрешностью не более ± 1 % измеряемой величины, а также возможность регулирования скорости нагружения образца.

4.2.1 Испытательная машина должна быть снабжена двумя траверсами, на каждой из которых могут перемещаться по две опоры.

Действует до введения ГОСТ Р, разработанного на основе АСТМ Д5229/Д5229М.

ГОСТР

(проект, 1-я редакция)

4.2.2    Траверсы должны обеспечивать неподвижность опор при испытаниях и иметь цену деления шкалы 1 мм, позволяющей устанавливать опоры на заданном расстоянии.

4.2.3    Опоры должны иметь цилиндрическую форму. Диаметр опор зависит от толщины образца и должен быть не менее 1,57, где 7- толщина образца в миллиметрах.

4.2.4    Для предотвращения разрушения материала внешнего слоя образца, допускается использовать резиновые пластины по ГОСТ 7338 шириной 1,57, где 7- толщина образца в миллиметрах, толщиной 3 мм, твердостью по Шору А 60.

4.2.5    Длина опор и резиновых пластин должна быть не менее ширины образца.

4.3    Для регистрации деформаций используют приборы, обеспечивающие измерение деформаций с погрешностью не более ± 1 % предельного значения измеряемой величины.

4.4    Для кондиционирования образцов в заданных условиях применяют климатические камеры, обеспечивающей поддержание заданной температуры с точностью ± 3 °С и воздействие других климатических факторов, при необходимости.

4.5    Дисковая пила с водяным охлаждением, оснащенная алмазным отрезным кругом.

Примечание - См. ДВ.4 (приложение ДВ).

5 Подготовка к проведению испытания

5.1    Подготовка образцов

5.1.1    Для определения механических характеристик при сжатии методом испытания «сэндвич»-балки на четырехточечный изгиб используют не менее пяти образцов, если иное не установлено в нормативной или технической документации на изделие.

5.1.2    Для испытания применяют образцы, которые должны соответствовать требованиям таблицы 1.

5.1.3    Образцы изготавливают механической обработкой из изделий или полуфабрикатов, или путем склеивания исходных материалов, образующих материалы внутреннего и внешнего слоев «сэндвич»-конструкции, размеры которых должны соответствовать требованиям таблицы 1.

з

Условия и метод изготовления образцов, механическая обработка, место и направление их вырезки устанавливают в нормативной или технической документации на испытуемое изделие.

Механическую обработку осуществляют при помощи дисковой пилы (см. 4.5).

5.1.4 Перед изготовлением образцов, путем склеивания, микрометром (см. 4.1) измеряют толщину верхней и нижней грани рабочей части образца в трех местах: по краям и в середине. Записывают среднее значение толщины верхней и нижней грани для каждого образца.

4

ГОСТР

Спроект, 1-я редакция)

При изготовлении образцов механической обработкой за толщину верхней и нижней грани принимают значение, установленное в нормативной или технической документации на изделие.

5.1.5 После изготовления образцов вычисляют площадь поперечного сечения рабочей части образца по формуле (1) и записывают значение в протокол испытаний.

Площадь поперечного сечения образца А, мм², вычисляют по формуле

A = wh,

где | w — ширина образца, мм;

h - толщина образца, мм.

5.1.6    Образцы должны иметь ровные поверхности, без сколов, трещин, расслоений и других дефектов, заметных невооруженным глазом.

Все поверхности образцов должны быть плоскими, взаимно перпендикулярными и параллельными.

5.1.7    Образцы должны иметь маркировку.

Маркировка должна содержать порядковый номер образца, сведения о материале, из которого образец был получен.

Маркировка должна сохраняться в течение всего испытания, во всех условиях и режимах, установленных настоящим стандартом.

5.2 Условия кондиционирования, хранения и испытания

5.2.1    Образцы кондиционируют по АСТМ Д5229/Д5229М (метод С).

5.2.2    Образцы хранят и испытывают при стандартной атмосфере 23/50 по ГОСТ 12423.

Примечание - См. ДВ.5 (приложение ДВ).

6 Проведение испытания

6.1 При испытании образцов типа А, устанавливают датчики регистрации деформации (см. 4.3) в соответствии с рисунком 1.

5

Рисунок 1

При испытании образцов типа Б, устанавливают датчик регистрации деформации в соответствии с рисунком 2.

Рисунок 2

6.2    В зависимости от типа образца, устанавливают расстояние между опорами в соответствии с рисунком 3 (для образцов типа А) и рисунком 4 (для образцов типа Б).

6.3    Устанавливают образец на опоры, приводят в соприкосновение с его верхней гранью две опоры, и регулируют их таким образом, чтобы допускаемое отклонение от параллельности поверхностей не превышало 1°. Между опорами и образцом прокладывают резиновые пластины (см. 4.2.4).

6

ГОСТР

(проект, 1-я редакция)

1 - материал внутреннего слоя образца; 2 - верхняя грань образца; 3 - резиновые пластины; 4 - опора; 5 - нижняя грань образца; h_c - толщина материала внутреннего слоя образца; l_m - плечо силы; w - ширина образца; у - расстояние между нейтральными осями материала внутреннего слоя и нижней гранью; а - расстояние между нейтральными осями верхней и нижней гранями образца

‘-П—Г

1 - материал внутреннего слоя образца; 2 - верхняя грань образца; 3 - нижняя грань образца; h_c - толщина материала внутреннего слоя образца; 1_т - плечо силы; w — ширина образца; у - расстояние между нейтральными осями материала внутреннего слоя и нижней гранью; а - расстояние между нейтральными осями верхней и нижней гранями образца

Рисунок 4

7