ASTM D 5961聚合物基复合材料层压板挤压响应标准试验方法

ASTM D 5961 5961M 01 1 聚合物基复合材料层压板挤压响应标准试验方法聚合物基复合材料层压板挤压响应标准试验方法 1 Standard Test Method for Bearing Response of Polymer Matrix Composite Laminates 本标准以固定标准号 D 5961 5961M 发布 标准号后面的数字是初版年份 或者在修 订版的情况下是最近一次修订版的年份 括号中的数字是再次批准的版年份 上标 表示自上次修订或批准以来的编辑变化 1 范围范围 1 1 本试验方法确定高模量纤维增强聚合物基复合材料多向层压板的挤压响应 试件受 拉伸载荷 或者用双剪 方法 A 或者用单剪 方法 B 方式施加 然而当在试验报告中 全部被说明时 一些试验参数可以有可选择的变化 复合材料形式限于连续纤维或不连续 纤维增强 带或织物或二者兼而有之 的复合材料 层压板相对于试验方向是均衡和对称 的 可以接受的试验层压板和厚度范围在 8 2 1 节描述 1 2 本试验方法与 MIL HDBK 17 推荐的方法是一致的 手册描述了挤压响应试验方法 合乎要求的原因 1 3 本试验方法描述的多钉试验结构形式与工业界研究螺栓连接挤压旁路干涉的旁路部 分相似 在那里试件可以产生挤压破坏模式或者旁路破坏模式 本试验方法可以参照作为 挤压旁路试验大纲的指导 本试验方法的范围仅限于挤压破坏模式 1 4 作为标准规定的值或者用 SI 单位或者用英寸 英磅单位 文中英寸 英磅单位在括号 内示出 每个单位制规定的值不是精确相等的 因此 每个单位制必须独立使用 综合使 用两种单位制可能导致与标准的不一致 1 5 本标准并无意图 表明 说明 致力于解决伴随它的使用所有关心的安全问题 适当 的安全和健康实践以及在使用前确定规章限制的适用性正是本标准使用者的责任 2 参考文件 2 1 ASTM 标准 D792 由位移测量塑料密度和比重试验方法 2 D883 与塑料有关的术语 2 D953 塑料挤压强度试验方法 2 D2584 固化增强树脂燃烧损失试验方法 3 D2734 增强塑料空隙含量试验方法 3 D3171 复合材料组分含量试验方法 4 D3878 复合材料术语 4 D5229 D 5229M 聚合物基复合材料湿度吸收性质和平衡调态试验方法 4 D5687 D 5687 M 复合材料平板制备及试件加工指南 4 1 本试验方法是在ASTM复合材料D30委员会的领导下制定的 直接负责结构试验方法D30 05卷的编写 现在的版本是 2001 年 12 月 10 日批准 2001 年 11 月发布 最初批准是 D 5766 5766M 96 最近的上 一次版本 D 5766 5766M 96 2 ASTM 标准年鉴 vol 08 01 3 ASTM 标准年鉴 vol 08 02 4 ASTM 标准年鉴 vol 15 03 E4 试验机力标定准则 5 E6 与力学试验方法有关的术语 E83 引伸计的验证和分类准则 E122 计算样本尺寸 规定容限误差 E177 ASTM 试验方法中精度和偏差术语使用指南 E268 金属材料销挤压试验方法 E456 与质量和统计有关的术语 E1039 纤维增强聚合物基复合材料数据库中识别指南 E1434 纤维增强聚合物基复合材料数据库中力学试验数据记录指南 E1471 在计算机处理的材料性质数据库中纤维 填充料和芯材识别指南 2 2 其他术语 MIL HDBK 17 聚合物基复合材料 卷 1 第 7 节 ASTM 标准年鉴 vol 14 02 3 术语 3 1 定义 术语 D3878 定义高模量纤维及其复合材料术语 术语 D3878 定义塑料术语 术语 E6 定义力学试验术语 E456 和 E177 定义统计术语 在这些术语矛盾的情况下 相 对于其它术语 应优先考虑术语 D 3878 3 2 本标准特有的术语定义 注 如果术语代表一个物理量 紧接术语 或字母符号 之后 立即用基本量纲形式说明 其分析量纲 采用 ASTM 基本量纲标准术语 在方括号内示出 质量 M 长度 L 时间 T 热动力温度 I 和无量纲量 nd 采用这些符号限于分析量纲 这时与方括号一起使用 当没有括号时符号可以有其他含义 3 3 挤压面积 Bearing Area A L2 受载孔的直径乘以试件的厚度 3 4 挤压线性刚度 Bearing Chord Stiffness Ebr ML 1T 2 挤压应力 挤压应变曲线线 性部分上的两个指定的挤压应力或挤压应变点之间的弦向刚度 3 5 挤压载荷 Bearing Load P MLT2 由一个挤压试件承受的总载荷 3 6 挤压应变 Bearing Strain br nd 挤压试件公称孔变形等于挤压载荷方向挤压孔的 变形除以孔的直径 3 7 挤压强度 Bearing Strength Fxbr ML 1T 2 挤压应力 应变曲线上发生显著变化的 3 7 1 讨论 通常靠附加的上标区别和标记两种类型的挤压强度 偏移强度和最大强度 3 8 挤压应力 Bearing Stress Fbr ML 1T 2 挤压载荷除以挤压面积 3 9 孔径厚度比 Diameter to Thickness Ratio D h nd 挤压试件中孔直径与试件厚度 之比 3 9 1 讨论 孔径厚度比或者采用名义孔径值或者采用测量的实际值确定 3 10 端距孔径比 Edge Distance Ratio e D nd 孔中心和试件端部之间的距离与孔 径之比 3 10 1 讨论 端距孔径比或者采用名义值或者采用测量的实际值确定 3 11 名义值 Nominal Value n 对于一个可测量的量为了设计方便仅在名义上存在 5 ASTM 标准年鉴 vol 03 01 的值 容差可用于名义值确定一个可接受的范围 3 12 偏移挤压强度 Offset Bearing Strength Fxbro ML 1T 2 在下标指定的方向 沿挤压 应变轴偏离规定的挤压应变值的挤压弦向刚度线与挤压应力 挤压应变曲线的交点对应的挤 压应力值 3 12 1 讨论 除非另有说明 本试验方法采用 2 偏移挤压强度 3 13 宽度孔径比 Width to Diameter Ratio 挤压试件中宽度与孔直径之比 3 13 1 讨论 宽度孔径比或者采用名义值或者实际值确定实际的试件宽度与实际孔径之 比 3 14 极限挤压强度 Ultimate Bearing Strength Fbru ML 1T 2 在下标指定的方向挤 压试件承受最大载荷时的挤压应力 3 15 符号 Sybols A 试件最小横截面积 CV 对于一个给定的性质 子样母体统计量的变异系数 d 紧固件或销直径 D 试件孔径 e 沿载荷方向从孔中心到试件端部的距离 Exbr 在下标指定方向挤压弦向刚度 f 沿载荷方向从孔边缘到试件端部的距离 Fxbru 在下标指定的试验方向的最大挤压强度 Fxbro 挤压应变偏移 e 在下标指定的试验方向的偏移挤压强度 挤压应变偏移 e g 垂直于载荷方向从孔边缘到试件侧边的最短距离 h 试件厚度 k 在挤压方程中用来区别单钉试验与双钉试验的计算系数 K 在单钉挤压应变方程中用来区别单剪试验与双剪试验的计算系数 Lg 引伸计标距长度 n 每个子样母体的试件数量 P 试件承受的载荷 Pf 试件破坏时承受的载荷 Pmax 试件破坏破坏前承受的最大载荷 sn 1 对于一个给定的性质 子样母体统计量的标准偏差 W 试件宽度 xi 对于一个给定的性质 从子样母体中单个试件的试验结果 x 对于一个给定的性质 子样母体的平均值 拉伸位移 应变的一般符号 不管是法向应变或是剪应变 br 挤压应变 br 挤压应力 w 试件宽度 dcsk 沉头深度 dfl 沉头深度 紧固件在沉头孔中的深度或突出 4 试验方法概述 4 1 方法 A 双剪 4 1 1 在靠近试件端部含有中心孔的平直等剖面矩形试件在孔位置已挤压方式加载 试件 如图 1 和 2 所示 挤压载荷通常通过一个稍微拧紧的紧配合紧固件 或销 施加挤压载荷 紧固件通过与图 3 和图 4 相似的夹具受双剪 通过在试验机上拉伸装配件施加挤压载荷 4 1 2 监控作用载荷及其伴随的孔变形 孔变形除以孔直径以便得到有效的挤压应变 另 外 作用载荷除以孔的投影面积以便得到有效的挤压应力 试件加载直到载荷清楚地达到 最大值 试验停止 以便防止由于大范围的孔变形掩盖真正的破坏模式 为了提供更有代 表性的破坏模式评定 画出整个加载范围内的挤压应力 挤压应变曲线 并记录破坏模式 由试验结束前承受的最大载荷确定极限挤压强度 4 1 3 这种方法的标准试验结构形式不允许主要试验参数的任何修改 然而 结构形式的 下列变化是允许的 与这个试验方法相一致的可以考虑 只要所有变化的试验参数与结果 一起明确地予以说明 参数标准 变化 加载条件双剪否 匹配材料钢夹具否 孔数量1否 沉头非否 配合紧任意 如果说明 紧固件力矩2 3 3 4 Nm 20 30 英磅 英 寸 任意 如果说明 层压板准各向同性任意 如果说明 紧固件直径6mm 0 250 英寸 任意 如果说明 边距比3任意 如果说明 W D 比6任意 如果说明 D h 比1 2 2任意 如果说明 4 2 方法 B 4 2 1 平直等剖面矩形试件由两个相似的一半组成通过靠近每半个试件端部一个或两个中 线位置上的孔紧固在一起 试件如图 5 8 所示 另外作用载荷的偏心通过试件每端胶接的 垫板使之降低到最小 导致载荷作用线沿着两半试件的界面 通过孔的中线 4 2 1 1 未支撑结构形式 没有支撑夹具 试件的两端直接夹持在试验机的夹头中 并受拉伸载荷 4 2 1 2 支撑结构形式 使用支撑夹具 试件位于多个平板螺接在一起的支撑夹具中 是表 正 平 面支撑 如图 9 所示 试件 夹具装配件夹持在液压夹头中 载荷以剪切的 形式传给支撑夹具 然后以剪切的形式传给试件 4 2 2 监控作用载荷及其伴随的孔变形 孔变形除以孔直径以便得到有效的挤压应变 在 两半中发生的孔变形采用系数 2 另外 作用载荷除以孔的投影面积以便得到有效的挤压 应力 试件加载直到载荷清楚地达到最大值 试验及时停止 以便防止由于大范围的孔变 形掩盖真正的破坏模式 为了提供更有代表性的破坏模式评定 画出整个加载范围内的挤 压应力 挤压应变曲线 并记录破坏模式 由试验结束前承受的最大载荷确定极限挤压强度 4 2 3 这种方法的标准试验结构形式不允许主要试验参数的任何修改 然而 结构形式的 下列变化是允许的 与这个试验方法相一致的可以考虑 只要所有变化的试验参数与结果 一起明确地予以说明 参数标准 变化 加载条件单剪否 支撑夹具无是 如果说明 孔数量11 或 2 沉头孔非是 如果说明 垫圈无是 如果说明 匹配材料同样的层压板任意 如果说明 配合紧任意 如果说明 紧固件力矩2 3 3 4 Nm 20 30 英磅 英 寸 任意 如果说明 层压板准各向同性任意 如果说明 紧固件直径6mm 0 250 英寸 任意 如果说明 边距比3任意 如果说明 W D 比6任意 如果说明 D h 比1 2 2任意 如果说明 5 意义和用途 5 1 制定本试验方法是为了得到挤压响应数据以便用于材料鉴定 研究和发展 以及结构 设计和分析 每种试验方法的标准结构形式是很明确的 主要目的用于建立双剪和单剪挤 压响应数据以便材料比较和鉴定 对于基本的材料评价和比较 特别推荐单紧固件双剪形 式 单钉或两钉连接形式的方法 B 对于评价特殊的连接形式更为有用 试件或者有支撑 或者没有支撑 未支撑的形式用于得到未支撑的纯单剪载荷极端情况下的数据 具有支撑 的形式用于得到界于双剪和单剪结构形式中间水平的数据 有支撑的形式广泛用于建立设 计许用值数据 在进行试验中任何一种方法的改变提供灵活性 允许试验装置适应具体的 应用 然而 试验参数的灵活性使得数据之间可比性困难 如果不具备采用同样试验参数 的数据 5 2 影响复合材料层压板力学响应的一般因素 因此应当被记录的包括 材料 材料制造 方法和铺贴方法 试件铺层顺序 试件预制 试件浸润 试件环境 试件对中和支持 试 验速率 加温速率 空隙含量和增强纤维的体积含量等 5 3 影响复合材料层压板力学响应的特殊因素 因此应当被记录的 不仅包括加载方法 方法 A 和方法 B 而且包括以下因素 对两种方法 端距比 宽度 直径比 直径 厚 度比 紧固件力矩 紧固件或销材料 紧固件或销间隙 和 仅对于方法 B 沉头角度和 沉头深度 垫圈材料 如果采用 匹配材料的类型 紧固件的数量 支撑夹具的形式 如 果采用 可以从本试验方法得到试验方向的如下性质 5 3 1 极限挤压强度 Fbru 5 3 2 弦向挤压刚度 Exbr 5 3 3 偏移挤压强度 Fxbro 5 3 4 挤压应力 挤压应变曲线 6 干扰因素 6 1 材料和试件预制 挤压响应对于不良的 粗劣的 制作工艺 包括缺少纤维对中控制 由于不恰当的试件加工方法引起的损伤 特别危险的是孔的制作 和拧紧的紧固件的安 装等因素敏感 与试件坐标轴有关的纤维对中应当尽可能地精心保持 虽然目前还没有标 准方法保证或确定这种对中 实践表明对于许多材料在 0 方向添加少量的示踪纱到预浸 料中作为预浸料生产的一部分或者作为壁板制造的一部分 关于推荐的试件预制实践更多 的信息清参见 D5687 D5687M 指南 6 2 表面约束 已经指出面外孔变形的程度影响试验结果 由于缺少夹具或紧固件的限制 这是可能的 6 3 清洁度 已经发现匹配表面的清洁度显著改变试验结果 6 4 偏心 仅方法 B 单剪试验中由于偏置产生载荷偏心 试件每一半之间载荷作用线 的偏移 这种偏移特别在间隙孔中旋转紧固件 致使在整个厚度范围上应力分布不均匀 这种偏心对于试验结果的影响主要取决于孔的间隙度 紧固件的尺寸 配合面积 试件和 配合材料之间的摩擦系数 配合材料的厚度和刚度 支撑夹具的形式 因此 从有支撑夹 具结构形式得到的结果不可以精确地再现其他结构形式的行为 6 5 孔的预制 由于填充孔支配作用的存在 由这种方法得到的结果对于在光滑拉伸和压 缩性质试验中关心的参数相当不敏感 然而既然填充孔控制强度 预制孔而不损伤层压板 的一致性 对于得到有意义的结果是重要的 孔预制的损伤将影响强度结果 也降低计算 强度 6 6 紧固件 孔间隙 由于孔和紧固件直径之间的差别产生的间隙影响结果 由于推迟了 积压损伤的初始 间隙可以改变被观察试件的特性 由于紧固件安装时不适当的间隙将影 响试验结果 沉头的贴合度 钉头在沉头孔的深度和突起 将影响强度结果 也可影响观 测的破坏模式 基于这些理由 孔和紧固件的尺寸必须精确地测量和记录 对于结构紧固 件孔 航宇紧固件 孔间隙典型的容差是 75 0 m 0 003 0 000 英寸 6 7 紧固件力矩 预载荷 安装紧固件的预载荷 夹持压力 影响结果 由于受挤压载荷时 紧固件预载荷的变化 层压板的破坏载荷和破坏模式都呈现显著的不同 临界的预载条件 即或者高或者低的夹持压力 主要与载荷类型 层压板铺层顺序和希望的破坏模式有关 名义试验结构形式采用向当低的紧固件安装力矩 以便给出保守的挤压应力结果 对于产 生挤压破坏模式的试件 高夹持压力紧固件的试件挤压强度几乎总是高于较低夹持压力的 挤压强度 只应当报告有效的挤压强度结果 这时观察到与 11 5 节相符合的合适的破坏模 式 6 8 试件几何形状 结果受试件宽度 孔径比的影响 这个比值应当是 6 除非试验是研究 这个比值的影响或者无效的 旁路 破坏模式发生 孔径厚度比也影响结果 优先采用的 比值范围是 1 5 3 0 除非试验是研究这个比值的影响 沉头深度与厚度之比比也影响结 果 优先采用的比值范围是 0 0 0 7 除非试验是研究这个比值的影响 未夹持的试件长度 与试件宽度之比也影响结果 这个比值应当保持 如示出的那样 除非试验是研究这个比 值的影响 6 9 材料正交异性 层压板的正交异性度大大影响破坏模式和测量的 挤压强度 当观察 到与 11 5 节相符合的合适的和有效的破坏模式时 才应当报告挤压强度结果 6 10 厚度尺寸 厚的复合材料结构并不一定与同样层压板取向的薄结构在同样的强度破 坏 即强度并不总是按比例 于是 采用这些方法得到的数据不能直接转换为等价的厚结 构的性质 6 11 其他 试验方法 E238 和 D953 包括影响挤压 型试验的其他变量的更进一步的讨论 7 设备 7 1 千分表 应该采用标称直径 4 5mm 0 16 0 20 英寸 的千分表 其球形面放在不规则 表面一侧 例如层压板真空袋 平的基准面放在机加平面或很光滑的工装表面 仪表的精 度在试样宽度和厚度 1 读取是合适的 对于典型的试件几何特性 对于厚度测量希望仪 表具有精度 0 025mm 0 0001 英寸 对于宽度测量希望仪表具有精度 0 25mm 0 001 英寸 7 2 加载紧固件或销 紧固件 或销 的类型作为初始试验参数应当规定和记录 安装力 矩 如果应用 作为初始试验参数应当规定和记录 力矩可以是测量值或者是锁紧安装紧 固件标定的力矩值 如果采用垫圈的话 垫圈的类型 数量和位置作为初始试验参数应当 规定和记录 不推荐重复使用紧固件 因为对于给定的力矩值 在整个厚度范围上的夹持 可能有差别 引起螺纹的磨损 7 3 夹具 7 3 1 方法 A 应当利用双剪夹板通过加载紧固件或销将载荷施加到试件上 如图 3 和图 4 所示的那样 对于有力矩的试验夹板应允许受力矩的紧固件施加横向压缩载荷到试件孔 的四周 夹具应允许挤压应变指示计 在从紧固件或销的中心线到试件端头的长度上 监 控相对于夹具的变形 如图 10 所示 7 3 2 方法 B 应当利用匹配的单剪连接板 一般与试件一样 通过加载紧固件或销将载 荷施加到试件上 匹配的材料 厚度 端距 长度 和孔间隙作为试验参数的一部分应当 规定 载荷作用线应通过试件加强板调节使之与试件和连接之间的界面一致和平行 如果 匹配的连接板由于试验永久变形 在每次试验后应当按照需要进行更换 匹配的连接板和 支撑夹具 如果使用 将允许挤压应变指示计测量相对于匹配的连接板所需要的孔变形 如图 10 所示 7 4 支撑夹具 仅方法 B 试验夹具是表面被支撑的 如图 9 所示 夹具包括两个短夹 板 长夹板 两个支撑板 和不锈钢垫片组成 需要在支撑板和长夹板之间保持名义上零 0 00 0 12mm 0 000 0 005 英寸 间隙 如果这个间隙不能满足所需的最小值 支撑板 和和短夹具之间的接触面用不锈钢垫片填塞 如果间隙太大 支撑板和和长夹具之间加垫 片 保持在支撑板上的垫片 检查夹具应符合工程图 每个短夹板 长夹板组合件应排成一 条直线钻孔 如图 12 和 13 所示 必须采用模具钻孔 支撑板的螺纹是可选的 单钉和多 钉结构的标准试件是 36 340mm 1 5 13 5in 同样的试验夹具可以试验两种结构形式 夹具两端都是液压夹紧的 通过夹具利用摩擦分配载荷 传递到试件 夹具两个面上的缺 口是为了安装热电偶 紧固件 引伸计 长夹板的宽度小于试件的宽度是为了侧边安装引 伸计 如果被组织要求 长夹板和短夹板有一底部切口 沿试件夹持区域的角 使得试件 不需要斜面 避免由于圆角引起的损伤 夹具和试件标定部分之间允许有稍微间隙 以便 把夹具破坏和摩擦降低到最小 Figs 12 and 13 and must be used as a matched set The threading of the support plate is optional Standard test specimens for single and multiple fastener configurations are 36 by 340 mm 1 5 by 13 5 in to allow testing of both configurations in the same support fixture The fixture is hydraulically gripped on each end and the load is sheared by means of friction through the fixture and into the test specimen A cutout exists on both faces of the fixture for a thermocouple fastener s and surface mounted extensometer and the width of the long grip face is less than that of the test specimen to accommodate an edge mounted extensometer if required by the requesting organization The long and short fixtures have an undercut along the corner of the specimen grip area so that specimens are not required to be chamfered and to avoid damage caused by the radius The fixtures also allow a slight clearance between the fixture and the gage section of the specimen in order to minimize grip failures and friction effects This fixture does not allow specimens to be end loaded 7 4 1 支撑夹具细节 图 14 21 是制造支撑夹具的零件图 图 22 和 23 示出了可选的带螺 纹的夹持板 用来代替图 20 和 21 示出的夹持板和图 9 中的螺母 满足本节要求的其他夹 具也可使用 应用这套图纸时注意下列几点 7 4 1 1 除非另有规定 机加工表面光洁度达到 3 2 125 7 4 1 2 去掉所有毛边 7 4 1 3 试件夹持区用高速氧燃料 HVOF 电火花喷镀 ESD 或者等价的其他工艺进 行热喷镀 7 4 1 4 对于室温试验可采用低碳钢制造夹具 对于非室温环境试验 推荐的夹具材料是 不热处理的铁素体不锈钢或者时效 沉淀 脱溶 扩散 硬化不锈钢 热处理对于改进耐 久性是可以接受的 但是不需要 注 2 经验表明夹具在使用过程中可能损伤 于是周期性的检查夹具的尺寸和容差是重要 的 7 5 试验机 试验机应当符合实施规范 E4 且满足以下要求 7 5 1 试验机结构形式 试验机应具有一个基本不动的加载头和一个可动的加载头 对于 使用支撑夹具的方法 B 应采用短的加载组合和安装刚性的液压夹头 7 5 2 传动机构 试验机的传动机构应当能够使可动加载头相对于不动加载头具有速度可 控 可动加载头的速度能够按照 11 4 节的规定进行控制 7 5 3 载荷指示器 试验机发送的装置应能够指示试件承受的总载荷 该装置在规定的试 验速率应基本上免去惯性影响 在所关心的整个载荷范围应指示载荷精度在指示值的 1 以内 7 5 4 夹头 试验机的每个夹头应当能够夹持住试验组件的一端以便使得作用到试件的载 荷方向与试件的纵轴一致 楔形夹头应当施加足够的侧向压力 以便防止夹头表面和试件 或支撑夹具之间缠身绘滑移 7 6 挤压应变指示器 挤压应变数据应用挤压应变指示计同时在试件相对应的两侧测量纵 向孔变形 如图 10 所示 它的平均值纠正面内连接旋转 挤压应变指示器的传感计或者提 供各自的信号到外部平均 或者平均的电信号 指示器由两个匹配的应变计引伸计或位移 传感器组成 比如 LVDTs 或者 DCDTs 挤压应变指示器的连接到试件上的结构不应引起 试件表面的损伤 对于挤压应变 位移所关心的范围传感器至少应该满足 Practices E3 Class B 2 的要求 应当按照 Practices E83 在整个范围内进行校准 在规定的试验速率 传感器应基本上免去惯性影响 注 3 需要相对安装的配套的两个引伸计以便定量和校准面外连接旋转 对于单剪加载结 构形式是主要关心的变量 7 6 1 力矩扳手 如果采用受力矩的紧固件 用力矩扳手拧紧连接的紧固件 应能够确定 施加的力矩在所希望值的 10 以内 7 7 温湿调节箱 当在非实验室环境调节材料时 就需要一个可控制温度 水蒸气水平的调节箱 能够 保持所要的温度在 3 以内和相对湿度水平在 3 以内 应当自动连续地或者人为定期 间隔地监控调节箱的状态 7 8 环境试验箱 对于不同于常态实验室条件的环境需要环境试验箱 该箱应能使试件的标距段在力学 实验期间保持在所需的试验环境 8 取样和试验件 8 1 取样 每种试验状态至少 5 件 除非通过采用较少试件可以得到有效的结果 如设计 的试验 对于统计上显著性的数据应当参照 Practices E122 说明的方法 注 4 如果试件要经历环境调节达到平衡 有这种类型和几何形状的试件 其材料的重量 变化不可以通过称量试件自身正确测量 例如管状力学试件 于是就采用有同样名义厚度 和适当尺寸的替代件 但是没有加强片 确定 这时认为对于被调节的试件已经达到平衡 状态 8 2 几何特性 8 2 1 铺层顺序 标准的层压板应当具有多向纤维 至少有 2 个方向的纤维 且有对称均 衡的铺层顺序 名义厚度应可能接近 4mm 0 160 英寸 允许范围 3 5mm 含有缎纹组织 的织物层压板应当具有对称的经纱表面 除非另有说明并且在报告中注明 注 5 应当选择典型的 45 0 45 90 ns 单向带层压板和 45i 0j ns 织物层压板 四个主要方向 的铺层 每个方向至少铺设 5 已经发现这种层压板最有可能产生可接受的破坏模式 8 2 2 结构形式 8 2 2 1 方法 A 方法 A 试件的几何形状示于图 1 和 2 8 2 2 2 方法 B 方法 B 试件的几何形状单钉连接在图 5 和 6 中示出 双钉连接在图 7 和 8 中示出 注意图中表示的沉头是可选的 对于双钉连接形式 每个试件的长度增加所需 距离的一半 与第一个孔在一条线上设置第二个孔 如图 7 和图 8 所示 如果双钉试件采 用沉头紧固件 试件的每一侧应布置一个沉头 如图所示 注意 如果对单钉和双钉试件 采用支持夹具 必须调整每个试件一半核垫板的长度 如图 5 8 所示 以便加载与夹具相 适应 注 6 当双钉试件采用沉头钉时 为了在 2 钉之间提供精确的 50 50 的载荷分配 沉头孔 分别放置在相对的两个表面 这种结构形式在第一个钉处 最靠近夹头 产生潜在性的静 截面破坏模式 而不是纯挤压破坏模式 由于本试验方法的范围限于挤压响应 在报告中 应清楚的注明静截面破坏模式发生在第一个钉处 并且声明是挤压试验值无效的原因 如 果任何形式 比如把沉头孔放置在试件的同一侧 希望更好地代表结构实际连接 在试验 报告中应清楚地注明偏差 8 2 3 垫板材料 对于未支撑的单剪结构形式 推荐采用连续的 E 玻璃纤维增强聚合物基 材料 编织或不编织 0 90 ns 层压板结构 垫板材料通常应用在与载荷方向呈 45 以 便提供较软的界面 对于支撑的单剪结构形式的试验 垫板材料推荐采用与被试验试件一 样的材料制成 因为这可以保证垫板与被试验层压板有同样的厚度 这对于支撑的单剪结 构形式是非常重要的 8 2 4 胶粘剂 当粘接垫板与所试验材料时 可采用任何满足环境要求的高伸长率的胶粘 剂系统 希望具有最小厚度的均匀胶层以便减少装配中不希望得到的应力 当采用支持夹 具时不需要将垫板粘接到试件上 8 3 试件预制 指南 D5687 D5687M 提供了推荐的试件预制实践方法 应当遵照 8 3 1 壁板制造 控制纤维对中是很重要的 不正确的纤维对中将降低被测量的性质 壁 板必需平坦且有均匀的厚度保证均匀加载 无规律的纤维方向也增加了方差系数 报告壁 板制造方法 8 3 2 机加方法 对于这种试件试件预制是非常重要的 当从板上切割试件时应注意避免 由于不正确的机加工方法产生的切口 切槽 下陷 粗糙或不平的表面 或分层 发现采 用钻石工具对许多材料体系是非常有效的 棱边的平直度和平行度应在规定的容差内 应 当欠尺寸钻孔 然后铰到最终尺寸 应特别注意保证试件孔的制作孔周围的材料不分层或 其他损伤 机械容差和表面光洁度要求在图 1 图 2 和图 5 8 种标明 记录和报告试件切 割和孔的制作方法 8 3 3 标记 标记试件以便彼此区分它们和追踪原材料 在某种意义上 多少 有点 不 受试验影响和不影响试验 9 校准 9 1 所有测量设备的精度在用设备的时刻应具有合格的标定 10 调节 10 1 标准调节方法 除非作为试验的一部分规定不同的环境外 试件的状态调节应符合 试验方法 D5229 D5229M 的方法 C 储存和试验在标准实验室大气环境 23 3 73 5 和 50 10 相对湿度 11 步骤 11 1 实验之前规定的参数 11 1 1 试件抽样方法 试件类型和几何形状 紧固件类型和材料 沉头角度和深度 如果 应用 紧固件力矩 如果应用 垫圈 如果应用 支撑夹具 如果应用 清洁工艺 湿热调节伴随件 如果应用 11 1 2 挤压性质 偏移挤压应变值和希望的数据报告格式 注 7 除非另有规定 应采用偏移挤压应变 2 注 8 为了正确地选择仪器和数据记录设备 在试验之前确定具体材料的性质 精度和数 据记录要求 预计施加的挤压应力和挤压应变水平 以便有助于传感器的选择 设备的校 准和设备定位的确定 11 1 3 环境调节试验参数 11 1 4 如果进行的话 引伸计要求和有关的计算 11 1 5 如果进行的话 用于确定密度和增强材料体积含量的取样方法 试件的几何特性和 试验参数 11 2 一般须知 细则 规程 11 2 1 报告来自本试验方法的任何可能的偏差 不管是有意的或是无意的 11 2 2 如果报告比重 密度 增强材料体积含量 在要从与被进行挤压试验同一块壁板上 取样 可以应用 Test Methods D792 测定比重和密度 可以利用基体溶解工艺的 Test Methods D3171 或者对于像玻璃和陶瓷这种增强材料 用基体烧掉技术 Test Methods D2584 测量组分的百分比含量 11 2 3 按照需要进行试件的湿热调节 如果试验环境与调节环境不同 在调节环境中的试 件一直要贮存到试验前为止 11 2 4 紧接着试件的最终的机加工和湿热调节 在挤压试验之前测量孔附近的试件宽度 w 试件厚度 h 孔径 D 从孔边缘到试件最近一侧的距离 f 从孔边缘到试件端头的距离 g 在挤压接触面位置测量紧固件或销的直径 d 测量沉头深度 dcsk 如果合适 和沉头贴 合度 dft 如果合适 除非本试验方法另有规定 所有测量的精度应在尺度的 1 以内 记 录尺寸用 mm 单位 英寸 取三位有效数字 11 2 5 清洁 清洁试件孔 夹持区周围 和紧固件或销的钉杆 如果紧固件的螺纹需要润 滑 润滑剂施加到螺母的螺纹上 而不是紧固件的螺纹上 特别要注意 在装配和拧螺栓 时不要附带地把任何润滑液流淌到钉杆 试件孔或者夹持区 记录和报告清洁方法和采用 的润滑液 11 2 6 试件装配 把试件与匹配的连接板装配或与双剪夹具装配 适合于具有紧固件或销 和垫圈 如果采用 11 3 扭转紧固件 如果采用受扭的紧固件 采用校准的扭矩扳手将紧固件拧紧到所需的 值 记录和报告实际的力矩值 注 9 连接在受扭后不要再动 在受扭后和在插入试验机之前或插入过程期间 连接的旋 转可能释放初始力矩 在试件放入试验机之后 最后拧一下紧固件可能是需要的 11 4 试验方法 11 4 1 试验速度 设置的试验速度要使得在 1 10 分钟内产生破坏 如果材料的极限挤压 应变不能够合理地预计 采用标准速度进行初始尝试试验 直到材料的极限挤压应变 知道 了体系的柔度后 可以调整试验速度 11 4 1 1 挤压应变控制试验 标准挤压应变速率 0 01 分 11 4 1 2 常十字头速度试验 标准十字头位移速度 2mm 分 0 05 英寸 11 4 2 试验环境 如果可能 在与湿热调节所用的同样的液体暴露水平下进行试件试验 然而 含湿试件在高温下试验寄托于试验机通常的环境箱的能力是不实际的要求 在这种 情况下 力学试验环境需要修改 在高温试验而没有液体暴露控制 但从调节箱内取出到 试件破坏要有一个规定的时间限制 记录试验环境的任何修改 11 4 3 试件安装 11 4 3 1 方法 A 和 B 不带支撑夹具 把试件放入试验机内 按需要连接加载界面或拧 紧接头 11 4 3 2 方法 B 带支撑夹具 把试件放入支撑夹具中 试件机加工的两端与夹具两端 是齐平的 这就使试件孔 紧固件在夹具缺口中对中 拧紧 4 个螺栓刚刚到足以把试件就位 在夹具安装期间 11 4 4 夹具放入 带支撑夹具的方法 B 11 4 4 1 把夹具放在试验机夹头内 注意夹具的长轴与试验向对准 当把夹具放在试验机 爪型夹头内时 夹持夹具的外侧到螺栓前 约 80mm 11 4 4 2 拧紧夹头 记录液压夹头施加的压力 楔形夹头夹爪的两端应当彼此相继插入 两端是齐平的 避免产生弯矩 他会导致试件的提前破坏 11 4 4 3 利用塞规检查试件标距部分和支撑夹具长夹板之间的间隙是 0 05 0 05 mm 0 002 0 002 英寸 见图 24 超出这个容差范围的间隙或者表示出不恰当的装配 超出了试件的容差 或者夹具受损 或者兼而有之 11 4 5 完成挤压应变指示计的安装 按照图 10 把挤压应变指示计连接到试件的两端头 提供跨过试件受载孔两侧的平均位移 记录仪连接到指示计 卸去保持的任何预载荷 指 示计调零 对于双钉试件的方法 B 指示计的一端应当在两钉之间的试件面上 另一端在 试件的端头 11 4 6 加载 当记录数据时按规定的速率将载荷施加到试件上 试件加载直到达到最大载 荷 载荷从最大载荷下降 30 为止 除非试件断裂是特别期望的 及时停止试验 以便防 止因孔大尺度的变形掩盖真正的破坏模式 目的是提供更有代表性的破坏模式和防止支撑 夹具 如果采用 损坏 11 4 7 数据记录 连续记录或者频繁地按规定间隔记录载荷 挤压应变 或孔位移 曲线 如果关心过渡区域初始层的破坏 记录该点的载荷 挤压应变和损伤模式 如果要试件破 坏 记录最大载荷 破坏载荷 和尽可能接近断裂时刻的挤压应变 或孔位移 注 10 其他有价值的数据对于判断试验的异常性和夹持或试件的打滑问题是有用的 包括 载荷 十字头位移数据和载荷 时间数据 注 11 在挤压应变读数之间 挤压应力 挤压应变或载荷 挤压应变斜率的差别 如图 10 所 示当仪器安装在试件两侧时 表示试件有沿面内的连接旋转 11 5 破坏模式 记录试件的破坏模式和位置 注意到本试验的目的是确定挤压响应 评 价产生旁路破坏模式的试件不在本试验方法的范围内 不应报告呈现横向 净拉伸 或劈 裂破坏的挤压应力结果 如果可能的话 破坏描述采用图 25 所示的标准的三段式破坏代码 用多重破坏代码 M 和其后括号内每个相应的破坏形式代码来描述多重破坏模式 例如 45f 0T 45l 90k ns 单向带层压板同时具有局部挤压和劈裂破坏 可以用 M BC 1I 表示 注 12 试验件试验的最终实际状态取决于试验方法在达到最大载荷后是否及时停止 如果 试验没有停止 试验机将继续使试件变形 且由于产生二次破坏掩饰了主要破坏模式 使 得确定主要破坏模式变得困难 在某些情况下 观察分析挤压应力 挤压应变曲线确定主要 破坏模式可能是必要的 在其他情况下可以不确定破坏模式 12 有效性 12 1 对于断在某些明显缺陷处的试件 除非该缺陷失被研究的变量 其极限性质的数值 不应计算 对于未计算的值 其试件要重新进行试验 12 2 子样母体中任何远离钉空处的破坏应重新检查载荷引入材料中的方法 被考虑的因 素包括试件对中 夹具对中 如果适当 夹持压力 夹头对中 夹具两部分的分离 如果 适当 试件厚度斜削 和试件端头机加工的不平坦 13 结论 注 13 根据本试验方法所得结果的表达和计算基于把总的连接载荷和总的连接位移归一化 到单孔响应 在双剪试验情况下 没有必要调整载荷或位移 然而对于单剪试验 假设像 半个试件 不管是单钉或双钉 总的连接位移近似是给定孔两倍的伸长 对于双钉试验 孔载荷是总载荷的 1 2 这就是在下列方程中所用的载荷系数 k 和位移系数 K 的来源 13 1 宽度直径比 采用测量值按照式 1 计算实际的宽度直径比 报告结果取三位有效 数字 W d 比 W d 1 式中 W 跨越孔处的试件宽度 mm 英寸 D 孔直径 mm 英寸 13 2 端距比 采用测量值按照式 2 计算实际的端距比 报告结果取三位有效数字 e D g D 2 D 式中 e D 实际的端距比 g 从孔边缘到试件端头的距离 13 3 挤压应力 强度 按照式 3 确定每个所需数据点的挤压应力 采用式 4 计算挤 压强度 报告结果取三位有效数字 bri Pi k D h Fbru Pmax k D h 式中 Fbru 极限挤压强度 Mpa psi Pmax 破坏前的最大载荷 N ibf ibr 第 i 个数据点的挤压应力 Mpa psi Pi 试件承受的载荷 N ibf h 试件厚度 mm in k 每个孔的计算系数 对于单钉试验取 1 0 和对于双钉试验取 2 0 13 4 挤压应变 采用式 5 对每个记录的位移值确定平均挤压应变 报告结果取三位有 效数字 式中 br 挤压应变 1 引伸计第 i 个数据点的位移 mm in 1 引伸计第 i 个数据点的位移 mm in K 对于单剪试验 1 0 和对于双剪试验 2 0 注 14 单剪试验系数 K 对于匹配试件的另一半挤压刚度显著不同可能是不合适的 13 5 挤压弦向刚度 在挤压应力 挤压应变曲线的主要线性部分选取两个指定的挤压应力 或挤压应变点的数值计算弦向刚度 报告结果取三位有效数字 报告采用的是挤压应力点 或是挤压应变点 以及两个端点的值 注 15 挤压应力 挤压应变曲线的初始部分由于连接的拉直 克服连接摩擦 和孔容差产 生的连接平移等综合原因使得挤压应力 挤压应变曲线的初始部分通常有显著的变化 应当 在这个行为消失之后确定弦向刚度点 由于这种差别 采用挤压应力端点确定弦向刚度通 常是最现实的 13 6 有效原点的确定 弦向刚度直线与挤压应变轴的交点定义为有效原点 13 7 极限挤压应变 对于新的有效原点 在纠正了挤压应力 挤压应变数据之后 记录在 最大载荷时的挤压应变作为极限挤压应变 取三位有效数字 13 8 偏移挤压强度 对于新的有效原点 修正了挤压应力 挤压应变数据之后 沿挤压应 变轴在距离原点指定的挤压应变偏移值 平移弦向刚度线 确定该线与挤压应力 挤压应变 曲线的交点 根据 13 9 节初始峰值挤压强度的讨论计算偏移挤压强度是合适的 如果偏移 挤压强度是合适的 取三位有效数字 该点的挤压应力值作为偏移挤压强度 Fxbro e 式 中 e 是用百分数表达的偏移挤压应变 见注 5 13 9 初始峰值挤压强度 某些挤压试验构型表现一个初始峰值挤压应力 紧接着挤压应 力剧烈下降和其后的孔变形 于是 偏移挤压强度小于初始峰值挤压应力 如果在进一步 的孔变形之后 再继续加载到高于初始峰值的挤压应力水平 除了偏移和极限挤压强度之 外 还要报告初始峰值挤压应力作为初始峰值挤压强度 然而 如果初始峰值挤压应力是 试件的极限挤压强度 就不需要报告初始峰值挤压强度和偏移弦向挤压强度 13 10 直径 厚度比 按照式 7 计算实际的直径 厚度比 既要报告采用名义值计算得到 的名义比值 也要报告采用测量尺寸计算得到的实际比值 D h D h 式中 D 孔直径 mm 英寸 H 孔附近的试件厚度 mm 英寸 13 11 沉头深度与厚度之比 如果沉头紧固件安装在孔中 按照式 8 计算实际的沉头 深度与厚度的比值 既要报告采用名义值计算得到的名义比值 也要报告采用测量尺寸计 算得到的实际比值 dcsk h 式中 dcsk 紧固件的沉头深度 mm 英寸 h 孔附近的试件厚度 mm 英寸 13 12 统计 对每组试验针对所要确定的每种性质计算平均值 标准差和变异系数 百分 比 式中 x 子样平均值 sn 1 子样标准差 CV 子样变异系数 N 试件数量 xi 测量的或导出的性质 14 报告 14 1 报告以下信息或参考文献 包含在本信息中的其他文件 最大量可应用的 报告超出 给定试验室控制的项目 例如可能与材料细节或壁板制造参数发生的 应对需要者负责 注 16 Guides E 1309 E 1434 E1471 包含了复合材料和复合材料试验数据报告建议 而 这些指南并不包括挤压响应试验 他们仍然应当参考的有价值的来源 指