聚合物基复合材料及其层压板短梁剪切强度标准试验方法D 2344.doc
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1、ASTM 标准:D 2344/D 2344M00聚合物基复合材料及其层压板短梁剪切强度标准试验方法本试验方法由ASTM的复合材料委员会D30审定,并由单层和层压板试验方法专业委员会D30.04直接负责。当前版本于2000年3月10日批准,2000年6月出版。最初出版为:D 234465T。上一版本为:D 234484(1995)。Standard Test Method for Short-Beam Strengthof Polymer Matrix Composite Materials and Their Laminates1 范围1.1 本试验方法适用于测量高模量纤维增强的聚合物基复合材
2、料的短梁剪切强度。短梁试件从一块曲板或平板上经机械加工而成,其厚度可达6mm0.25in,短梁承受3点弯曲载荷。1.2 复合材料形式限定于连续或不连续纤维增强的聚合物基复合材料,其弹性性能关于梁的纵轴是均衡、对称的。1.3 本标准并未打算提及,如果存在的话,与使用有关的所有安全性问题。在使用本标准之前,本标准的用户有责任建立合适的安全与健康的操作方法,以及确定规章制度的适用性。1.4 以国际单位(SI)或英制单位(inchpound)给出的数值可以单独作为标准。每一种单位制之间的数值并不严格等效,因此,每一种单位制都必须单独使用。由两种单位制组合的数据可能导致与本标准的不相符。2 参考文献2.
3、1 ASTM标准D 792置换法测量塑料密度和比重(相对密度)试验方法 Annual Book of ASTM Standards, Vol 08.01.Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by DisplacementD 883与塑料相关的术语2Terminology Relating to PlasticsD 2584弯曲增强树脂燃烧质量损失试验方法 Annual Book of ASTM Standards, Vol 08.02.Test Method for Ignit
4、ion Loss of Cured Reinforced ResinsD 2734增强塑料空隙含量试验方法3Test Method for Void Content of Reinforced PlasticsD 3171复合材料组分含量测试方法 Annual Book of ASTM Standards, Vol 15.03.Test Method for Constituent Content of Composite MaterialsD 3878复合材料术语4Terminology of Composite MaterialsD 5229/D 5229M聚合物基复合材料吸湿性能及平衡状
5、态调节试验方法4Test Method for Moisture Absorption Properties and Equilibrium Conditioning of Polymer Matrix Composite MaterialsD 5687/D 5687M试件制备时按照工艺指南进行平复合材料板的制备指南4Guide for Preparation of Flat Composite Panels With Processing Guidelines for Specimen PreparationE 4试验机载荷标定方法 Annual Book of ASTM Standards
6、, Vol 03.01.Practices for Force Verification of Testing MachinesE 6与力学试验方法相关的术语5Terminology Relating to Methods of Mechanical TestingE 18 金属材料洛氏硬度和洛氏表面硬度试验方法5Test Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic MaterialsE 122 选择样本尺寸用以估计批次或工艺质量测量方法 Annual Book of ASTM Stan
7、dards, Vol 14.02.Practice for Choice of Sample Size to Estimate a Measure of Quality for a Lot or ProcessE 177ASTM试验方法中精度和偏差的使用方法6Practice for Use of the Terms Precision and Bias in ASTM Test MethodsE 456与质量和统计相关的术语6Terminology Relating to Quality and StatisticsE 1309数据库中纤维增强聚合物基复合材料的标识指南4Guide for
8、the Identification of Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composite Materials in DatabasesE 1434数据库中纤维增强聚合物基复合材料的力学性能试验数据记录指南4Guide for Recording Mechanical Test Data of Fiber-Reinforced Composite Materials in DatabasesE 1471计算机材料性能数据库中纤维、填料及蜂窝芯材料的标识指南4Guide for the Identification of Fibers, Fillers, an
9、d Core Materials in Computerized Material Property Databases3 术语3.1 定义术语D 3878定义了与高模量纤维及其复合材料有关的术语。术语D 883定义了与塑料有关的术语。术语E 6定义了与力学试验有关的术语。术语E 456和操作规程E 177定义了与统计有关的术语。当各个标准定义的术语之间发生矛盾时,术语D 3878应优先于其他标准。注释如果术语表示一个物理量,它的分析量纲以基本量纲的形式紧跟在该术语(或文字符号)后面予以说明。方括号内所示的基本量纲采用下面的ASTM标准符号:质量为M,长度为L,时间为T,热力学温度为,无量纲量
10、为nd。由于不带方括号时以上这些符号可能有其他的定义,因此这些符号在带方括号时的使用仅限于分析量纲。3.2 本标准专用术语定义:3.2.1 均衡层压板连续纤维增强的层压板,其中,对于以层压板参考轴测量的每一个+q层,均有一个相同材料的-q层与其平衡(例如,0/+45/-45/+45/-45/0)。3.2.2 短梁剪切强度用式(1)计算11.6节规定的破坏发生时试件中面的剪切应力。3.2.2.1 讨论本试验方法中,尽管剪切是主要的载荷形式,但是,内部应力很复杂,并可能出现不同的破坏模式。对于短梁结构的应力状态,Breg等1 、Whitney2和Sullivan等3的基于经典梁理论的弹性解被证明是
11、不合适的。这些解表明,用式(1)预计的概率剪切应力分布仅发生(并不准确)于加载头与支撑点之间的平面中间处。远离这些平面时,应力分布出现弯曲,其最大应力发生于加载头和支撑点处。特别明显的是加载头处的局部应力状态,即由横向和面内剪切应力组合的严重的剪切应力集中,表明出现初始破坏。但是,对于韧性较好的基体,塑性屈服可以缓解加载头处的应力状态1,并允许发生其他模式的破坏,如底表面的纤维拉伸2。因此,除非明显观察到中面的层间破坏,否则,本方法测量的短梁剪切强度并不代表剪切性能,式(1)也不能得到正确的剪切强度值。3.2.1 对称层压板 一种连续纤维增强的层压板,对于中面以上的每一个单层,都有一个位于中面
12、以下的相同的单层与之匹配(按照位置、方向和力学性能)3.3 符号b试件宽度;CV样本的离散系数(以百分数表示);Fsbs短梁强度;h试件厚度;n试件数量;Pm试验中观察到的最大载荷;xi样本母体中每个独立试件的测量或导出的性能值;样本平均值。4 试验方法概述4.1 短梁试件(图1图4)承受中心加载,如图5和图6所示。试件两端置于两个支座上,以便于横向观察,通过位于试件中点的加载头直接施加载荷。5 意义与用途5.1 大多数情况下,因为试件内部应力的复杂性和破坏模式的多样性,因此,将短梁剪切强度作为一种材料性能通常是不可能的。然而,破坏主要由树脂和层间特性控制,对于一个给定的试件几何尺寸、材料体系
13、和铺层顺序,试验结果有很好的重复性4。5.2 本试验方法测量的短梁剪切强度可以用于质量控制和工艺鉴定的目的。如果破坏模式完全相同,也可以用于复合材料的比较试验5。5.3 本试验方法并不仅限定于第8节给定的试件范围,但是,加载的跨距与试件厚度之比限定为4.0,试件的最小厚度限定为2.0mm0.08in。6 影响因素6.1 为了对试验数据进行合理的解释,特别是对初始损伤模式的检测,必须准确地记录所观察到的破坏模式。7 设备7.1 试验机经过正确的标定,能以一个恒定的横梁移动速度操作,加载系统的误差不超过1%。在使用的横梁速率下,载荷指示机构无惯性滞后,惯性滞后不能超过测量载荷的1%。试验机精度应采
14、用与E4相一致的方法进行校验。7.2 加载头和支座如图5和图6所示,分别采用直径为6.00mm(0.250in)和3.00mm(0.125in)的圆柱体,硬度满足试验方法E 18的要求,即60-62HRC;表面必须精细打磨,不能有凹痕和毛刺,并去除所有锐边。7.1 千分尺用一个45mm0.160.20in公称直径的千分尺测量试件的宽度和厚度,其球形面放在不规则表面一侧,例如层压板真空袋一侧表面,平的基准面放在机加平面或很光滑的模具一侧表面。用千分尺或带有平基准面的卡尺测量试件的长度。仪器的精度应是其最小读数在试件几何尺寸的1%以内。对于典型截面的几何尺寸,精度为0.002mm0.0001in.
15、的仪器能满足对试件厚度和宽度的测量要求;精度为0.1mm0.004in.的仪器适合于试件宽度的测量。7.4 调节箱在非试验室环境下调节材料时,要求使用温度/蒸汽水平可控的环境调节箱,并能将温度保持在所要求温度的3C5F以内,湿度保持在所要求湿度的3%以内。调节箱的环境条件在正常范围内应以自动连续或规则间隔的手动方式进行控制。7.5 环境箱对于不同于大气环境的试验室条件的试验环境,要求采用环境试验箱。环境箱能使试件在力学试验期间保持在要求的试验环境下。8 取样和试件8.1 取样对每种试验情况至少应进行5个试件的试验,除非利用较少的试件可以得到有效的结果,如设计试验的情况。为了得到具有统计意义的数
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