聚合物基复合材料面内剪切性能标准试验方法D 5379 V形缺口梁 织物Word文件下载.docx

聚合物基复合材料面内剪切性能标准试验方法D 5379 V形缺口梁 织物Word文件下载.docx

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复合材料形式限定于连续纤维或非连续纤维增强的、具有下列材料形式的复合材料。

︒层和90︒层的对称均衡层压板，其0︒方向与加载轴平行或垂直。

注1——本试验方法最初没有考虑纤维方向，主要用于各向同性材料，如金属或陶瓷。

1.2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。

1.3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相符。

2参考文献

2.1ASTM标准

D792置换法测量塑料密度和比重（相对密度）试验方法

TestMethodsforDensityandSpecificGravity（RelativeDensity）ofPlasticsbyDisplacement

D883与塑料相关的术语2

TerminologyRelatingtoPlastics

D2584弯曲增强树脂燃烧质量损失试验方法

TestMethodforIgnitionLossofCuredReinforcedResins

D2734增强塑料空隙含量试验方法3

TestMethodforVoidContentofReinforcedPlastics

D3171复合材料组分含量测试方法

TestMethodforConstituentContentofCompositeMaterials

D3878复合材料术语4

TerminologyofCompositeMaterials

D5229/D5229M聚合物基复合材料吸湿性能及平衡状态调节试验方法4

TestMethodforMoistureAbsorptionPropertiesandEquilibriumConditioningofPolymerMatrixCompositeMaterials

E4试验机力标定操作规程；

PracticesforForceVerificationofTestingMachines

E6与力学试验方法相关的术语5

TerminologyRelatingtoMethodsofMechanicalTesting

E111杨氏模量，正切模量及弦向模量试验方法5

TestMethodforYoung’sModulus,TangentModulus,andChordModulus

E122选择样本尺寸用以估计批次或工艺质量测量的操作规程；

PracticeforChoiceofSampleSizetoEstimateaMeasureofQualityforaLotorProcess

E177ASTM试验方法中精度和偏差的使用方法6

PracticeforUseoftheTermsPrecisionandBiasinASTMTestMethods

E251粘贴式金属电阻应变片特性试验方法5；

TestMethodsforPerformanceCharacteristicsofMetallicBondedResistanceStrainGages

E456与质量和统计相关的术语6

TerminologyRelatingtoQualityandStatistics

E1237粘贴式电阻应变片安装指南5；

GuideforInstallingBondedResistanceStrainGages

2.2其他文件

ANSIY14.5M-1982

ANSI/ASMEB46.1-19857

2.3ASTM附件

V形缺口梁剪切夹具加工图。

3术语

3.1定义——术语D3878定义了与高模量纤维及其复合材料有关的术语。

术语D883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E456和操作规程E177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D3878优先于其他标准。

3.2本标准专用术语定义：

注2——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（或字母符号）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[Θ]，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，因此这些符号在带方括号时的使用仅限于分析量纲。

——用于描述由于剪切载荷或剪切变形而引起的1-2材料平面内响应的剪切性能（见材料坐标系）。

——用于描述由于剪切载荷或剪切变形而引起的1-3或2-3材料平面内响应的剪切性能（见材料坐标系）。

——如图1所示，采用1，2和3轴来描述材料主材料坐标系的Cartesian坐标系。

——仅存在于名称中的一个数值，出于方便表示的目的指定了一个可测量的参数。

公差可能被作为一个名义值，用于为参数确定一个可接受的范围。

——在纯剪切方向发生破坏时，材料所承受的剪切应力。

图1材料坐标系

——尽管对于特定的材料，有一些试验方法可以近似的达到给定的工程目的，但是，对每一种材料，还没有一种标准的试验方法可以在直到破坏时仍能产生纯剪切应力状态。

3.3符号

A——试样的横截面面积。

CV——给定性能的样本的离散系数（以百分数表示）。

Fsu——试验方向的极限剪切强度。

Fu——试验方向的极限强度。

（偏移）——当模量沿着剪切应变轴从原点偏移一个给定的应变偏移量时，剪切弦向弹性模量与应力-应变曲线的交叉点处的剪切应力的值。

G——试验方向的弹性剪切模量。

h——试样厚度。

n——样本的试件数量。

P——试样承受的载荷。

Pf——试样破坏时承受的载荷。

Pmax——试样破坏前承受的最大载荷。

sn-1——给定性能的样本的标准差。

w——试样宽度。

xi——给定性能在一个样本中单个试样的试验结果。

——给定性能在一个样本中的平均值或均值（估计平均值）。

γ——剪应变。

ε——应变的通用符号，无论是正应变还是剪切应变。

ε——应变传感器或引伸计上读出的正应变值。

σ——正应力。

τ——剪应力。

θ——铺层方向角度。

4试验方法概述

4.1带有对称的中心V形缺口的矩形平直条状的材料试样，如图2所示，通过特殊的试验夹具在试验机上加载（如图3所示，更详细的图纸见ASTM附件ADJD5379）。

4.2将试件装入夹具中，通过一个对中工具使试件的缺口与载荷作用线一致。

夹具的两部分通过试验机承受压缩载荷，同时监测载荷。

通过夹具两部分之间产生的相对位移对含缺口试件施加载荷。

在试件沿载荷轴线的中心（远离缺口）处、与加载轴线成±

45︒的方向上布置两个应变片，用以测量材料的剪切响应。

4.3载荷可以理想化的看作非对称的弯曲，其剪力和弯矩图如图4所示。

由于缺口的影响，沿加载方向的剪应变分布比无缺口的情况更为均匀，均匀度是关于材料正交各向异性的一个函数，在1-2平面进行试验时，[0/90]ns类型的层压板可以得到最佳的试验结果。

试件名义几何尺寸

d1=20.0mm（0.75in）d2=4.0mm（0.15in）h=要求的厚度

L=76.0mm（3.0in）r=1.3mm（0.05in）w=12.0mm（0.45in）

图2V形缺口梁试样示意图

图3V形缺口梁试验夹具示意图

注1——尺寸b的值不是关键因素。

图4理想化的载荷、剪力和弯矩图

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、质量保证以及结构设计和分析的剪切性能数据。

根据材料坐标系与加载方向的对应关系，可以评估材料的面内或层间剪切性能。

影响剪切特性并应该在报告中给出的因素包括：

材料、材料制备和铺贴方法、试件铺层顺序、试件制备、试件状态调节、试验环境、试件对中和夹持、试验速度、在某一温度下的时间、孔隙含量和增强体的体积百分比。

5.2对于各向异性材料，设定试件试验平面与期望的材料平面之间的方向，可以得到6个可能的剪切平面的剪切性能（1-2或2-1，1-3或3-1，2-3或3-2）。

对于一个给定的试件，只能得到一个剪切平面的性能。

本试验方法可以得到如下的试验方向的性能：

6影响因素

6.1材料和试件制备——较差的材料制造方法、纤维准直度失控以及不恰当的试样加工导致的损伤都会对引起复合材料的试验数据高度分散。

6.2材料和粗糙结构——本试验方法的一个基本假设是材料在试验段的尺寸内相对均匀。

如果材料在试验段的尺寸内相对粗糙，例如大支数纤维束（如12000长丝或更大）的织物或特定的编织结构，则不能采用这样的试件尺寸。

应按比例放大试件尺寸，并采用与该材料一致的试验夹具，但不能超出本试验方法的范围。

6.3弹性模量的测量——本试验方法计算时假设两个缺口之间的剪切应力状态是均匀的，而实际的均匀度则随材料的各向异性程度和加载方向而变化。

分析和全场试验应变测量结果显示，在1-2平面试验时，[0]n试件得到的弹性模量结果过高（对碳/环氧，大约高10%），而相同材料的[90]n试件得到的弹性模量值却低大约20%。

对于单向复合材料，[0/90]ns试件可以得到的面内剪切模量测量值最精确。

6.4载荷离心率——加载过程中，试件可能发生扭转，从而对强度结果，特别是对弹性模量的测量值产生影响。

夹具的面外超差，或试件太薄（失稳）、不正确地安装、由于试件制备质量差而导致的面外超差，或者材料的结构形式对扭转具有特别低的容限等因素都有可能产生扭转。

因此，对于每一个样本，推荐至少对一个试件背对背粘贴应变花，用以对扭转程度进行评估。

将每一侧的剪切模量，Ga和Gb带入到公式|（Ga-Gb）/（Ga+Gb）|⨯100中，计算0.004的绝对应变水平下试件的扭转百分比，如果扭转量大于3%，则应该确定试件扭转的影响，如果可能，应对扭转进行修正。

如果找不到原因或无法修正，而且扭转仍然存在，则应该采用背对背应变花的平均响应结果来计算剪切模量的测量值。

注3——扭转是由于微小公差偏差的结果而导致的，可以在夹具和试件承载表面使用一个薄的相容界面来消除，例如一个塑料背衬的胶带。

6.5试件几何形状的改进——V形缺口试件的细节应力分析说明，调整缺口的几何尺寸（缺口角度、深度和半径）可以使剪应力分布的非均匀性最小化，剪应力分布的非均匀性是由于材料的正交各向异性而