МЕТОДИЧЕСКИЕ
УКАЗАНИЯ
РАСЧЕТЫ И ИСПЫТАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ
В МАШИНОСТРОЕНИИ. МАТЕРИАЛЫ
КОМПОЗИЦИОННЫЕ. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
НА МЕЖСЛОЙНЫЙ СДВИГ
РД 50-675-88
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
Москва
1989
РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ
УКАЗАНИЯ
Расчеты и испытания на прочность в
машиностроении. Материалы композиционные.
Методы испытаний на межслойный сдвиг
|
РД
50-675-88
|
Дата введения 01.07.89
Методические указания
распространяются на слоистые полимерные композиционные материалы на основе
непрерывных стеклянных, углеродных, органических, борных и других волокон и
устанавливают методы определения значения прочности межслойного сдвига при
нормальной (плюс 20 °С), повышенной (до плюс 180 °С) и пониженной (минус 60 °С)
температурах.
1. СУЩНОСТЬ МЕТОДОВ
Прочность на
межслойный сдвиг плоских образцов из волокнистых композиционных материалов
определяют тремя методами:
1 - трехточечный изгиб предельной нагрузкой при поперечном
изгибе коротких прямоугольных брусков;
2 - несимметричный четырехточечный изгиб предельной
нагрузкой при несимметричном изгибе балки;
3 - кручение предельным моментом квадратной пластины с
канавкой.
Все три метода
предназначены для контрольных и сравнительных испытаний. Сопоставление
полученных результатов возможно лишь для композиционных материалов со сходными
схемами армирования.
В случае, когда
метод 1 не обеспечивает межслойного разрушения, следует применять любой из
оставшихся методов.
2. ОБРАЗЦЫ
2.1. Для определения прочности межслойного сдвига при
поперечном изгибе используют образцы в виде балок прямоугольного сечения (черт.
1) толщиной h = (6 ± 0,2) мм,
шириной b = (6 ± 0,5) мм,
длиной L
= 7h
= 40 - 42 мм, длиной пролета l = 5h = 30 мм.
2.2. Для определения прочности межслойного сдвига при
несимметричном четырехточечном изгибе используют образцы в виде балок
прямоугольного сечения (черт. 2) толщиной h = (6 ± 0,2) мм,
шириной b
= (6 ± 0,5) мм, длиной L = 7h.
2.3. Для определения межслойной сдвиговой прочности при
кручении используют образцы в виде квадратной пластины с боковыми канавками по
периметру (черт. 3). Сторона пластины а = (16 ± 0,1) мм, толщина - h ³ 5 мм, сторона рабочего сечения b = (10 ± 0,1)
мм, ширина канавки t = 1 мм, радиус канавки r = 0,5 мм.
2.4. Образцы изготовляются из плит, брусков или полуфабрикатов
алмазным или наждачным кругом.
2.5. Образцы должны иметь гладкую ровную поверхность не грубее
Rz = 20 мкм по ГОСТ 2789-73, без вздутий, сколов, трещин, расслоений и других
дефектов, заметных невооруженным глазом.
2.6. Разнотолщинность образцов на изгиб из пластинки на
кручение не должна превышать ±0,05 мм, для других размеров рабочей части
образца допускается отклонение ±0,1 мм.
Форма и размеры
образца для определения прочности межслойного сдвига при поперечном изгибе
короткой балки
Черт. 1
Форма и размеры образца для определения прочности
межслойного сдвига при поперечном несимметричном четырехточечном изгибе балки
Черт. 2
Форма и размеры образца для определения прочности
межслойного сдвига при кручении
Черт. 3
3. АППАРАТУРА
3.1. Требования к испытательным машинам, аппаратуре,
измерительной технике и измерительной шкале - по ГОСТ 25.604-82.
Скорость
перемещения нагружающего цилиндра при изгибе - 1 - 2 мм/мин.
Ширина
наконечника и опор должна быть больше или равной ширине образца. Ось
наконечника должна совпадать с серединой пролета между опорами.
Допускаемые
колебания температуры не должны превышать номинальной: плюс 5 °С минус 3 °С.
3.2. Приспособление для поперечного изгиба (черт. 4) состоит из
цилиндрических опор r = (3 ± 0,5) мм и верхнего нагружающего цилиндра R = (5 ± 0,5) мм.
Нижние опоры перемещаются по траверсе, имеющей мерные деления, и крепятся на
ней для исключения их смещения. Точность установки опор, а также расстояние
между ними и расстояние между верхним цилиндром и каждой из опор ±0,2 мм.
Поверхности опор и цилиндра шлифуют не грубее Rz = 0,6 мкм (ГОСТ 2789-73) и закаляют до твердости 45 - 50 HRC.
3.3. Приспособление для несимметричного четырехточечного
изгиба (черт. 5) состоит из нижних и верхних цилиндрических опор r = (3 ± 0,5) мм, которые перемещаются по треверсам, имеющим мерное
деление, и крепятся на ней для исключения их смещения. Точность установки опор
±0,2 мм. Поверхности опор шлифуют не грубее Rz = 0,6 мкм (ГОСТ 2789-73) и закаляют до твердости 45 - 50 HRC.
3.4.
Машину или установку снабжают также приспособлением для кручения образца (черт.
6).
Схема
приспособления для испытаний на поперечный изгиб
1 - верхняя
цилиндрическая опора; 2 - образец; 3
- нижние опоры; 4 - траверса с мерными делениями
Черт. 4
Схема приспособления
для нагружения несимметричным четырехточечным изгибом
1 - верхние
цилиндрические опоры; 2 - образец; 3
- нижние опоры; 4 - траверса с мерными делениями
Черт. 5
Схема приспособления
для определения межслойной сдвиговой прочности образцов при кручении
1 - наружная часть
корпуса; 2 - образец; 3 -
внутренняя часть корпуса; 4 - упор образца; 5 - прижимной винт; 6 - регулировочные винты
Черт. 6
4. ПОДГОТОВКА И ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ
4.1. Перед испытанием образцы кондиционируют по ГОСТ 12423-66, если в нормативно-технической документации нет других
указаний.
4.2. Время от окончания изготовления формовочных образцов или
композиционного материала, из которого они вырезаются, включая и время на
кондиционирование, должно составлять не менее 16 ч.
4.3. Образцы нумеруют мягким карандашом, стеклографом или
краской.
4.4. Испытания проводят в помещении или закрытом объеме при
температуре окружающего воздуха (21 ± 2) °С и относительной влажностью (50 ±
10) %, если нет особых указаний в ТУ на материал. При отличии температур
помещения от указанной образцы выдерживают в термокамере при (21 ± 2) °С в
течение 2 - 3 ч.
4.5. При испытании на поперечный изгиб образец устанавливают
на нижние опоры так, чтобы его центр находился под центром верхнего цилиндра.
Допускаемые отклонения - 0,2 мм. Плоскость слоев должна быть горизонтальной
(перпендикулярной к направлению нагружения). При постоянной скорости движения
цилиндра образец доводят до разрушения и анализируют его характер. Если
разрушение имеет вид межслойного расслоения, предельную нагрузку Р используют
для определения прочности при сдвиге. Если же разрушение не имеет вида
межслойного расслоения, следует пользоваться методом 2 или 3.
4.6. При испытании на несимметричный четырехточечный изгиб
устанавливают образец на нижние опоры так, чтобы его центр (середина образца)
находился слева на расстоянии 0,5h от правой опоры, а левая верхняя опора устанавливается
слева от центра образца на расстоянии 0,5h. Левую нижнюю
опору и правую верхнюю устанавливают на одинаковом расстоянии (h) от концов образца. Допускаемые отклонения - 0,2 мм.
Плоскость слоев
образца должна быть горизонтальной (перпендикулярной к направлению нагружения).
При постоянной скорости движения цилиндра образец доводят до разрушения и
анализируют его характер. Если разрушение имеет вид межслойного расслоения,
предельную нагрузку Р используют для определения прочности при сдвиге.
Если же разрушение не имеет вида межслойного расслоения, следует пользоваться
методом 3.
4.7. При испытании на кручение регулировочными винтами 6 (черт.
6) настраивают
приспособление на толщину испытуемого образца так, чтобы его канавки находились
примерно в центре. Устанавливают образец в приспособление, которое помещают в
захваты испытательной установки, и нагружают с заданной скоростью до
разрушения, фиксируя при этом предельное значение крутящего момента.
4.8. Число образцов, необходимых для определения напряжений
при сдвиге в заданной плоскости одного и того же материала, - не менее пяти.
5. ОБРАБОТКА
РЕЗУЛЬТАТОВ
5.1. Прочность при межслойном сдвиге при изгибе короткой балки
(если произошло межслойное разрушение) определяют по формуле
(1)
где Р - предельная (максимальная)
нагрузка, Н;
b, h - ширина и толщина образца, мм.
Если при изгибе
разрушение произошло при нагрузке Р без расслоения, необходимо
использовать образцы, показанные на черт. 2
или 3.
5.2. Прочность при межслойном сдвиге при несимметричном четырехточечном
изгибе определяют по формуле
(2)
где l1, l2 - расстояние
между опорами (черт. 2), мм.
5.3. Прочность при межслойном кручении пластины с боковыми канавками
по периметру определяют по формуле
(3)
где Mкр - предельное
значение разрушающего крутящего момента, Н×м;
b - сторона
квадратного поперечного сечения рабочей части образца, м.
5.4. За результат испытаний принимают среднее арифметическое
значение всех параллельных определений
(4)
где ci - отдельное значение определяемой
величины;
п - число
отдельных значений, входящих в расчет (число испытанных образцов).
5.5. При необходимости статистической оценки результатов
испытаний используют стандартные методы математической статистики по ГОСТ 14359-69.
5.6. Протокол испытаний содержит: наименование и марку,
материала, способ изготовления образцов, вид испытаний, форму, размеры,
структуру армирования, направление вырезки образцов, их число, условия
кондиционирования, температуру и влажность воздуха, характеристику
испытательной машины и измерительной аппаратуры, режим нагружения, значения
определяемой характеристики каждого образца, ее среднее арифметическое значение
и результаты статистической обработки данных.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТАНЫ Академией наук Латвийской ССР,
Государственным комитетом СССР по стандартам, Академией наук СССР
ИСПОЛНИТЕЛИ
В.Ф. Беренсон, канд. техн.
наук; Г.А. Ванин, д-р техн. наук, проф.; Г.М. Гуняев, д-р техн.
наук; И.Г. Жигун, д-р техн. наук; В.Н. Кирилов, канд. техн. наук;
Р.Д. Максимов, чл.-кор. АН Латв. ССР, Б.В. Петров, д-р техн.
наук; Ю.М. Тарнопольский, чл.-кор. АН Латв. ССР, В.Д. Токарев, канд.
техн. наук; О.Н. Андреева; В.В. Михайлов; А.Н. Полилов, канд. техн.
наук; Р.П. Шлица
2. УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Постановлением
Государственного комитета СССР по стандартам от 29.09.88 № 3335
3. ССЫЛОЧНЫЕ
НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
СОДЕРЖАНИЕ
1. Сущность методов. 1
2. Образцы.. 1
3. Аппаратура. 3
4. Подготовка и проведение испытания. 5
5. Обработка результатов. 6
|