聚合物基复合材料层压板开孔压缩强度标准试验方法D6484

1、聚合物基复合材料层压板开孔压缩强度标准试验方法（D 6484）ASTM 标准：D6484/D6484M-04聚合物基复合材料层压板开孔压缩强度标准试验方法IStandard Test Method for Open-Hole Compressive Strengthof Polymer Matrix Composite Laminates本扮准以固定标准号D 6484/M84M-04发布，标准号后面的数字表示最初采用的或近版本的年号带括号的数据表明聂近批准 的年号。上标()表明自最近版本或批准以后进行了版本修改.1范围1.1本试验方法用于确定高模量纤维增强的聚合 物基复合材料多向层压板的开孔压

2、缩强度。复合材 料形式限于连续纤维或不连续纤维增强(单向带或 织物，或二者兼而有之)的复合材料，层压板相对 于试验方向是对称均衡的。可以接受的试验层压板 和厚度范围在8.2.1节描述。1.2以国际单位(SI)或英制单位(inch-pound) 给出的数值可以单独作为标准。正文中，英制单位 在括号内给出。每一种单位制之间的数值并不严格 等值，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一致。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本试

3、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D30.05宜接负责.当酋版本于2(X)4年3月1日批准，2004年4月出版。最初出版于1999年批准，上一版本以1) 644/I)MS4M-99编号于1999年批准2.引用标准2.1 ASTM 标准2D792置换法测量塑料密度和比重(相对密度)试验方法Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by DisplacementD 883与塑料有关的术语；Terminology Relating to Plas

4、ticsD 2584弯曲增强树脂燃烧质量损失试验方法Test Method for Ignition Loss of Cured Reinforced ResinsD 2734增强塑料空隙含量试验方法D 3039/D 3039M聚合物基复合材料拉伸性能试验 方法Test Method for Tensile Properties ofPolymer Matrix Composite MaterialsD 3171复合材料组分含量测试方法Test Method for Constituent Content ofComposite MaterialsD 3878复合材料术语Terminology

5、 of Composite Materials2有关的ASTM标准请访问A STI网站wwM,或者与A STM客户服务as(m.orR联系.ASTM标准年鉴的卷标倍息.参看 ASTM网站标准文件摘要页D 5229/D 5229M聚合物基复合材料吸湿性能及平 衡状态调节试验方法Test 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E4Gui

6、de for Preparation of Flat Composite Panels With Processing Guidelines for Specimen Preparation试验机力标定操作规程；E6Practices for Force Verification of Testing Machines与力学试验方法有关的术语；E83Terminology Relating to Methods of Mechanical Testing引伸计分类及标定的操作规程；E122Practice for Verification and Classification of Exten

7、someters选择样本尺寸用以估计批次或工艺质量测量的操作规程;E177Practice for Choice of Sample Size to Estimate a Measure of Quality for a Lot orProcessASTM试验方法中各项精度和偏差的使用的操作规程;E456Practice for Use of the Terms Precision and Bias in ASTM Test Methods 与质量和统计有关的术语；Terminology Relating to Quality and StatisticsE691由实验室的结果确定一种试验方法

8、的精度的操作规程；Practice for Conducting an Interlaboratory Study to Determine the Precision of aTest MethodE 1309数据库中纤维增强聚合物基复合材料的标识指南Guide for the Identifleation ofE1434Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composite Materials in Databases 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Guide for Recording Mechanical Test Data of

9、 Fiber-Reinforced Composite Materials in DatabasesE1471计算机材料性能数据库中纤维、填料及46蜂窝芯材料的标识指南Guide for the Identification of Fibers, Fillers, and Core Materials in Computerized Material Property Databases3.术语术语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E6定义了与力学试验有关的术语。术语 E 456和E 177定义了与统计有关的术语。当各个 标准定义的

10、术语之间发生矛盾时，术语D 3878优先于其他标准。3.2本标准专用术语定义:注1如杲术语茨示个物理it它的分析莹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标准符朴质量为|、口长度为山h时间为ITh热力学温度为16h无量纲量为【nd.由于不带方括号时 以上这些符号可能有其他的定义，因此这些符号在帝方括号时的使用仅限于分析量纲3.2.1名义值一一仅存在于名称中的值，出于便于 表示的目的，指定了一个可测量的性能。公差可能 被作为一个名义值，用于为性能确定一个可接受的3.2.2主材料坐标系轴线与材料内部对称平 面垂直的坐标系。323讨论通常的

11、用法，至少对于笛卡尔坐标 轴（123, xjz等），坐标系的轴一般要与对称平面 的法线方向一致，以使法线方向（对于弹性性能， 刚度最大的轴）的最大性能值位于1轴或兀轴，最 低值（如果可能）位于3轴或z轴。各向异性材料 因为没有总体对称性，所以不存在材料主坐标系， 而对于各向同性材料，任何一个坐标系都是材料的 主坐标系。在层压复合材料中，材料主坐标系只对 应于单独的正交异性单层。对于层压复合材料，相 关的术语是“参考坐标系”。324参考坐标系用于定义铺层方向的层压 复合材料的坐标系。参考坐标系的其中一个轴（一 般是笛卡尔坐标系的兀轴）指定为参考轴并规定其 正方向，在层压板的每一个单层中引入一个主

12、轴， 用以定义该层的铺层方向。325特殊正交各向异性一一对主材料坐标系中 观察到的一种正交各向异性材料的一种描述。在层 压复合材料中，从参考坐标系中观察到的特殊正交to各向异性层压板是0i/90jns族的对称均衡的层压 板，即应力-应变关系的弯曲耦合项为0。3.3符号A试件的横截面积CV某一给定性能样本的离散系数统计量（以百 分数表示）Bz侧向弯曲百分比孔直径方一试件厚度每个样本母体的试件数量N层压板的铺层数试验方向的极限开孔（缺口）拉伸强度 ”吨试件破坏前承受的最大载荷r-95%的重复性置信度限制值，等于28倍重复 性标准差R-95%的再现性置信度限制值，等于2.8倍再 现性标准差尙一给定性

13、能样本母体的标准差统计量S一重复性标准差（试验室内部精度），按照E 691 计算Sr一再现性标准差（试验室之间精度），按照E 691 计算w试件宽度给定性能在一个样本中单个试样的试验结xr果。给定性能在一个样本中的均值或平均值（估计平均值）。4试验方法概述4.1含有一个中心孔的对称均衡层压板进行单轴压缩试验，可以选择侧边安装的引伸计位移传感 器。破坏强度的计算基于毛面积，而忽略孔的存在。虽然孔导致了应力集中并减少了净面积，但是，基 于毛面积应力而建立的缺口设计许用强度则是航 天界通常的实施方法，以便考虑各种形式的应力集 中（紧固件孔、自由边、裂纹、损伤等），而无须 在应力分析中明确模拟。4.2

14、采用多螺栓连接的支持夹具对试件表面进行 支持。提供了两种可以接受的方法。方法A中，试 的形式传递到支持夹具上，然后再以剪切形式传递 到试件上。方法B中，试件/夹具组合件放置在两 个平台之间，使试件和夹具端部承载，最初传递到 支持夹具上的一部分力以剪切形式传递到试件上。件/夹具组合件通过液压楔形夹头夹紧，载荷以剪切ID4.3极限开孔压缩强度唯一可接受的破坏模式是通过试件上孔的截面。5意义和用途5.1制定本试验方法是为了得到用于材料规范、研究与开发、及质量保证的含缺口压缩强度数据。影 响含缺口压缩强度并应该在报告中给出的因素包括：材料、材料制备方法、铺贴精度、层压板铺层 顺序和总厚度、试件几何形状

15、、试件制备（特别是 孔）、试件状态调节、试验环境、试验速度、孔隙 含量和增强体的体积百分比。本试验方法可以得到 的性能包括开孔（缺口）压缩强度（OHC）。6干扰因素6.1孔的制备由于孔的存在，并且不必要测量 材料的响应，因此，本试验方法得到的结果对无缺口拉伸性能试验所关心的参数相对不敏感。然而,因为缺口控制强度，不损伤层压板的孔的制备方法to对于得到有效的结果是很重要的。孔制备所引起的 损伤将影响强度结果。某些类型的损伤，例如纵向 劈裂和分层，可能缓解由于孔导致的应力集中，从 而增加了试件的承载能力和强度计算值。6.2几何尺寸试件的宽度直径比将对结果产生影响，该比值应当保持为6,除非试验是为了

16、研 究该比值的影响。试验结果也受孔径厚度比的影 响，优先选用的比值为1.5-3.0,除非试验是为了研 究该比值的影响o试件的未夹持段长度-宽度比也将 对结果产生影响，该比值应当保持为2.7,除非试 验是为了研究该比值的影响。6.3支持夹具受通过试验夹具对试件的侧向 压力的大小将对结果产生影响。侧向压力变化的来 源包括夹具的螺栓拧紧力矩、液压夹持压力和夹具 的要求对这些因素加以控制和记录。支持夹具限制 了远离缺口处的面外变形，并减轻了由于摩擦影响 而产生的试件上的载荷，因而可以抑制分层损伤的 扩展。这将得到非保守的数据。垫片的选择,应该按照“试验步骤”和“报告”节6.4材料的正交各向异性层压板的

17、正交各向 异性程度强烈地影响破坏模式和OHC强度的测量 值。只记录有效的OHC强度，此时观察到的破坏 模式应与11.4节所规定的合适模式相符合。6.5厚度的比例放大对于具有相同层压板取 向的厚复合材料结构，不一定具有与薄结构相同的 破坏强度（即强度并不总是按厚度的比例而线性放 大）。因此，采用本试验方法得到的数据不能直接 转换为等效的厚结构的性能。液压夹持加载的试件与端部加6.6加载类型载的试件进行比较时，可以观察到载荷横梁位移响 应与载荷-引伸计应变响应之间的差别。液压夹持加 载的数据从开始加载就呈现典型的线性行为，在高 载荷水平下，由于夹头打滑可以观察到某些非线性 行为。由于试件/夹具组合

18、件放置于载荷平台下，端 部加载数据在低载荷下即呈现出初始非线性行为， 但是直到破坏却都呈现线性行为。7设备7.1 千分尺釆用公称直径为45mm0.16-0.20in的千分尺，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 在机械加工平面或很光滑的模具一侧表面。仪器的to精度应是其最小读数在试件宽度和厚度尺寸的1% 以内。对于典型试件的几何尺寸，精度为 25pm0.001in啲仪器能满足对试件厚度的测量； 精度为76|mn0.003in的仪器能满足对试件宽度 的测量。此外，要求使用一个精度为 25|Lim0.001in的千分尺或量规来测量孔的直径。 7.2支持夹具一如图1所示

19、,试验夹具为表面支持 的压缩试验夹具。夹具由两个短夹板/长夹板组合 件、两块支撑板和不锈钢垫片组成，而垫片是为了 使支撑板和长夹板之间保持名义上为零(000 0.12mm0.0000005in的公差)的间隙。如果间隙 不能满足其最小要求，则在支撑板与短夹板之间的 接触区域用不锈钢垫片填塞。如果间隙太大，则在 支撑板与长夹板之间加垫片，并用胶带将垫片固定 在支撑板上，图2给出了对垫片的要求。应检查夹 具与工程图纸的符合性。每个短夹板/长夹板组合件 应配钻制孔，如图3和4所示，并配对使用。支撑 板的螺纹是可选的。标准试件为36x300mm (1.5x12m)o对于方法A,夹具两端通过液压夹紧, 并

20、通过夹具的摩擦将压缩载荷传递到试件上。对于 方法B,夹具放置于两个平台之间，对两端施加压 缩载荷，通过摩擦将夹具上的载荷传递到试件上。 如果委托方要求，可以在夹具两个表面上的缺口处 安装热电偶、紧固件或引伸计。长夹板和短夹板沿 试件夹持区域拐角处均有底部沟槽，使得试件不需 要倒角，从而避免由于圆角引起的损伤。夹具和试 件工作段之间允许有小的间隙，以便把夹持段破坏 和摩擦效应降低到最小。7.2.1支持夹具零件一一图512给出了用于支持夹具制造的零件图。图13和14示出了可选的带妙 纹的夹持板，可以用来代替图11和12的夹持板和 图1的螺母。满足本节要求的其他夹具也可使用（例 如，MTS开孔压缩夹

21、具605.21A型号或Wyoming试验夹具公司的UOH 和WTF-OH型号）o 使用这套图纸时应注意下列几点： 除非另有规定，否则机械加工表面光洁度 为 3.2125O去掉所有毛边。夹持试件区域用高速氧燃料（HVOF）、电 火花沉积（ESD）或者其他等效的工艺进行热喷涂 处理。室温试验可用低碳钢制造夹具。对于非室 温环境试验，推荐的夹具材料是不经热处理的铁素 体不锈钢或者淀积硬化不锈钢（用于改善耐久性的 热处理是可以接受的，但不要求）。使用方法B时，应在夹持区域安装附加的 紧固件（如图3和图4所示）。对于端部加载试验, 则

22、不要求使用这些紧固件，但是，这些紧固件可以 确保夹具对试件具有良好的支持，从而可以防止在 特定条件下（例如高温试验）出现不可接受的破坏 模式。注2经检表明夹具在使用过程中可能出现损伤.因此对夹具的尺寸和公差进行周期性的检査是很里要的.7.3 试验机一试验机应当符合实施规范E4的要 求，且满足以下要求：7.3.1试验机结构形式一一试验机应具有一个固定的加载头和一个可移动的加载头。应釆用短的加 载装置和刚性固支的液压夹头或平坦的端部加载 平台。7.3.2夹头试验机的每个夹头应当能够夹持 试验组合件的一端，以使作用到试件的载荷方向与 试件的纵轴一致。液压楔形夹头可以施加足够的侧 向压力，以防止夹头表

23、面和支持夹具之间产生滑 移。7.3.3平台如果釆用方法B，试验机应具有对 中良好且固定（与球形座相反）的平台。在 80mm3.0in的试验夹具基本长度内，平台表面的 平行度在0.03mm（0.001in）内。如果平板不够坚硬， 或者只对平台表面进行简单保护，则在夹具的每一 端与相应平台之间放置一块坚硬的平板（表面平 行）。应在下平台的中心画一个矩形，以利于试验 夹具在两个平台之间的对中。7.3.4传动机构一试验机的传动机构应当能够使移动加载头相对于固定加载头具有一个可控制的 速度。移动加载头的速度能够按照U.4节的规定可 调。7.3.5载荷指示器一一试验机的载荷传感器应能指示试件承受的总载荷。

24、该装置在规定的试验速率 下应无惯性滞后，且在整个载荷量程范围内给出的 载荷精度应在显示值的1 %以内。7.3.6 引伸计引伸计的标距长度应为25mml0in.引伸计的应变范围至少应满足实施规 范E 83中B1类的要求，并且应当按照实施规范 E83在整个计量范围内进行标定。在规定的试验速 度下，引伸计应无惯性滞后。III7.4调节箱一一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 常范围内应能连续自动或手动控制o=7.5环境试验箱一一对于不同于大气环境试验室 条件的试验环境

25、，要求采用环境试验箱。环境箱能 使试件的工作段在力学试验期间保持在要求的试 验环境下。田际单位制冬件螺栓* NA0036-060050 ( 4)英制单位冬件螺栓：NAS 6605-32 (4)垫圈,NAS 1587-5C (需按需要)适巨老 uinoo.o-ooo.o -UWU900.0 屁故 MH*瞅維7採 之图2支持夹具垫片要求长夹板与短夹板接触长夹板与短夹板接触注X心)所有尺寸单位为in(b长夹板籾短夹板必须做标记.用以在夹具组装时进行识别(c)未注公差：lO.Olin图3支持夹具一一配钻零件(英制注1：心)所有尺寸单位为mm(b)长夹板和短夹板必须做标记.用以在夹具组装时进行识别(O未

26、注公差：024in图4支持夹具一一配钻寒件(SI制)注1： 一般标注见721节（1）对于目前的夹具.尺寸为06010.02,然而对于所有四个连接件，相互间的配合公差必须小于0.005.采用高速氧燃料（HVOF）工艺或电火花沉积（ESD）工艺进行农面热处理。图5支持夹具长夹板零件（英制）注1： 一般标注见7.2.1节对于目前的兴具,尺寸为15（.5t然而对于所有四个连接件，相互间的配合公差必须小于012 釆用高速氧燃料（HOF）工艺或电火花沉积（ESD）工艺进行农面热处理。图6支持夹具长夹板零件（SI制）位置和尺寸见图3注1： 一般标注见7.2.1节(1)+0.005.对于目前的夹具，尺寸为。6

27、0 W15.0PWOB-孔的位置由图4的配钻匸艺来确 定两处配钻采用M8X1.25 螺栓| 0.44-0.500.8/力比= /?式中：D二孔直径，mmin辰孔边的试件厚度，mmin13.4弯曲百分比一一如果在两侧都安装引伸计, 用式(4)计算侧向弯曲百分比。巧=”_叫100“11+ 11式中:1二侧边1处引伸计给出的应变值戲二侧边2处引伸计给出的应变值Bz二试件的侧向弯曲百分比r=13.5统计一一对于每一组试验，计算每一种测量性能的平均值、标准差和离散系数(以百分比表示):x =(Yjxi)!n(5)几 t = (辛:-用)/( -1)(6)CV=100xs_1/J(7)式中：2样本的平均值

28、；二样本的标准差；CV二样本的离散系数，以百分数表示;兀=试件数量尸测量或导出的性能值。14报告14.1采用指南E 1309, E 1471,和E 1434的方法, 报告与试验方法D 3039/D 3039M 一致的所有合适 的参数。14.2此外，报告应最大程度地给出下列信息或含 有这些信息的参考文献（对超出一个给定试验室范 围的事项，如关于材料细节或壁板加工参数，委托 方有责任给出有关报告。）：14.2.1本试验方法的修订版本或发布日期。14.2.2使用的试验方法（A或B ）。14.2.3任何与本试验方法不同之处，试验时出现的异常情况以及试验时出现的设备问题。14.2.4每个试件的名义宽度孔

29、径比和实际宽度-孑L径比。14.2.5 每个试件的名义孔径厚度比和实际孔径. 厚度比。14.2.6用测隙规测量的支撑板与长夹板之间的间 隙以及长夹板与试件工作段之间的间隙。14.2.7每个试件的极限开孔拉伸强度值，母体的 平均值、标准差和离散系数（以百分数表示）。14.2.8引伸计的类型，每个试件的应力应变曲线、 表格形式的应力应变数据或者弯曲百分比载荷或 横梁位移数据、或者它们的组合。14.2.9每个试件的破坏模式和位置。15精度和偏差15.1 round-robin试验结果 2003年，共有六 个试验室对液压夹持加载与端部加载方法进行了 探索性的round-robin试验。层压板由T300

30、/3900-2 单向带制成，结构形式为 +45/0/-45/90/02/+45/0/-45/0s。层压板具有相当高的 刚度和缺口敏感性，选择这种层压板可产生较高的 破坏载荷，以评估两种加载方法，采用的层压板参 数代表了试验方法的极限能力。每个试验室均在试 验室大气环境条件下进行试验，对每种加载类型随 机抽取6个试件。端部加载试验时没有采用附加的 夹持区域支持紧固件（见节的讨论）。表2 列出了每个试验室的平均结果，给出的计算结果基 于实际（测量）的厚度和宽度.表2 200（）数据试验室代号F；川C , MPaksi液压夹头加载端部加载平均值CV平均值CV142161.14.4241560.22.992409159.32.38414(60.15.473412(59.71.85410(59.55.