TCSTM 00284纤维增强聚合物基复合材料层合板开孔压缩性能试验方法.docx
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TCSTM00284纤维增强聚合物基复合材料层合板开孔压缩性能试验方法
ICS83.120
Q23
团体标准
T/CSTM00284-2020
纤维增强聚合物基复合材料层合板开孔压缩性能试验方法
Testmethodforopen-holecompressivepropertiesoffiberreinforcedpolymermatrixcompositelaminates
2020-06-19发布2020-09-19实施
中关村材料试验技术联盟
前言
本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。
请注意本文件的某些内容有可能涉及专利。
本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。
本标准由中国材料与试验团体标准委员会航空材料领域委员会（CSTM/FC53）提出。
本标准由中国材料与试验团体标准委员会航空材料领域委员会（CSTM/FC53）归口。
纤维增强聚合物基复合材料层合板开孔压缩性能试验方法
1范围
本标准规定了纤维增强聚合物基复合材料层合板开孔压缩试验方法的试样、试验设备、试验条件、试验步骤、结果计算和试验报告。
本标准适用于连续纤维增强聚合物基复合材料层合板开孔压缩性能的测定。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T1446纤维增强塑料性能试验方法总则
JJG762引伸计检定规程
3方法原理
对含有一个中心孔的对称均衡层合板试样，通过夹持端夹持以摩擦力加载，或放置在试验机平台上直接在端部加载，进行单轴压缩试验，在试样工作段形成压力场，测定层合板开孔压缩性能。
4试样
4.1试样形状和尺寸
试样的形状和尺寸见图1和表1，对某些室温或高温下未发生破坏的聚合物基复合材料，应适当增加试样长度，见表2。
试样厚度为3mm～5mm，推荐4mm。
单位为毫米
图1试样示意图
表1试样几何尺寸单位为毫米
厚度h
宽度w
长度l
孔径D
3～5
36±0.2
300
6±0.06
表2未发生破坏时的试样长度选择
材料
试样长度mm
室温
高温
碳纤维增强聚合物基复合材料
-
301
玻璃纤维增强聚合物基复合材料
301
303
聚酰亚胺纤维增强聚合物基
303
305
芳纶纤维增强聚合物基复合材料
304
306
4.2试样制备
试样制备按GB/T1446规定进行。
制孔时应避免孔周围的材料出现分层或其他损伤。
4.3试样数量
每组有效试样不少于5个。
5试验设备
5.1试验机与测试仪器
试验机和测试仪器应符合GB/T1446中的规定。
引伸计和和非接触测量系统应变测量精度按JJG762
进行计量，准确度为应为0.5级或优于0.5级。
5.2环境箱
环境箱的控制精度应满足试验要求，经计量检定合格，并在有效期内使用。
5.3扭矩扳手
扭矩扳手的精度应满足试验要求，经计量检定合格，并在有效期内使用。
5.4试验夹具
推荐开孔压缩夹具见图2～图5。
图2开孔压缩试验夹具示意图
图3长夹板示意图
图4短夹板示意图
图5支持板示意图
6试验条件
6.1试验环境条件
6.1.1实验室标准环境条件
试验标准环境条件应符合GB/T1446的规定。
6.1.2非实验室标准环境条件
6.1.2.1高温试验环境条件
首先将环境箱和试验夹具预热到规定的试验温度，然后将试样加热到规定的试样温度，并用与试样工作段直接接触的温度传感器加以校验。
在试样达到试验温度后，对干态试样，保温5min开始试验，对湿态试样，保温2min开始试验。
6.1.2.2低温试验环境条件
首先将环境箱和试验夹具冷却到规定的温度，然后将试样冷却到规定的试样温度，并用与试样工作段直接接触的温度传感器加以校验。
在试样达到试验温度后，保温5min开始试验。
。
6.2试样状态调节
6.2.1干态试样状态调节
试验前，试样在实验室标准环境条件下至少放置24h。
6.2.2湿态试样状态调节
试验前，应在规定的温度和湿度条件下使试样达到所要求的吸湿状态。
湿态试样状态结束后，应将试样用湿布（或棉纱、脱脂棉）包裹放入密封袋内，直至进行力学试验，
试样在密封袋内储存的时间不超过14d。
6.3应变计安装
若需要，在其工作段表面（位置见图1）粘贴应变计。
6.4引伸计的安装
若需测量孔附近的应变响应，则在长夹持夹具的缺口处对试样的侧边安装一个或两个引伸计。
7试验步骤
7.1试验前准备
7.1.1检查试样外观，如有缺陷和不符合尺寸及制备要求者，应予作废。
为每个试样编号。
7.1.2按6.2规定对试样进行状态调节。
7.1.3用游标卡尺测量试样开孔处和贴片点截面处（若有）的宽度w，孔径D和从孔边缘到试样宽度一侧的距离。
用千分尺测量试样厚度h。
上述测量精确到0.01mm。
7.1.4若使用非接触测量装置监控应变，则在尺寸测量前在试样表面制作散斑。
7.2试样安装
7.2.1方法A
7.2.1.1将试样安装在夹具中，使试样两端与夹具两端平齐，试样的孔位于夹具缺口的中心。
拧紧与支持板连接的4个螺栓（其余8对孔中不带螺栓），使试样的位置保持不动，保证夹具的支持板和长夹板之间以及试样工作段和夹具的长夹板之间的间隙均不大于0.1mm，然后用扭矩扳手以7N·m±0.5N·m扭矩拧紧4个螺栓。
7.2.1.2将试样-夹具组合件夹持于试验机夹头中（见图6），使其中心线与试验机夹头中心线保持一致，夹持长度为5mm～80mm，推荐夹持长度为80mm。
7.2.2方法B
7.2.2.1将试样安装于试验夹具中，使试样机械加工的两端与夹具两端平齐，这可使试样的孔位于夹具缺口的中心。
拧紧全部12个螺栓，刚好使试样的位置保持不动，同时应保持夹具的支持板和长夹板之间以及试样工作段和夹具的长夹板之间的间隙均不大于0.1mm。
图6试验方法A夹持示意图（液压夹持加载）
7.2.2.2用扭矩扳手以7N·m±0.5N·m扭矩拧紧12个螺栓。
7.2.2.3
将夹具放置于试验机的两个平台之间（见图7），使试验夹具的中心线与试验机夹头的中心线保持一致。
图7试验方法B安装示意图（端部加载）
7.3应变测量
若需测量孔附近的应变响应，则在长夹板的缺口处为试样的侧边安装一个或两个引伸计；若需测量层合板的有效模量，则在图1所示位置安装应变计，也可通过非接触测量装置测量应变。
当测试环境温度在120℃到500℃之间时，推荐采用非接触光学方法测量压缩应变。
7.4试验
7.4.1以2mm/min的加载速度对试样连续加载，直到达到最大载荷，且载荷从最大载荷下降至少30%为止。
记录载荷和位移数据。
7.4.2可接受的破坏模式是发生在孔边的破坏。
应用表3中的“三字母代码”式的失效模式描述方法。
代码的第一个字母描述破坏类型，第二个字母描述破坏区域，最后一个字母描述破坏位置。
本标准规定有效的失效模式代码仅限于*GM，图8中给出了三种可接受的失效模式。
表3失效模式代码
第一个字母
第二个字母
第三个字母
破坏形状
代码
破坏区域
代码
破坏位置
代码
角铺层
A
工作段
G
中间
M
横向
L
—
—
—
—
多模式
M
—
—
—
—
图8开孔压缩有效失效模式示意图
8结果计算
8.1开孔压缩强度
按公式
（1）计算开孔压缩强度，结果保留三位有效数字。
式中：
=pw⨯h
„„„„„„„„„„„„„„„„„
（1）
——开孔压缩强度，单位为兆帕（MPa）；
P——破坏前的最大力，单位为牛（N）；
w——开孔处的试样宽度，单位为毫米（mm）；
h——开孔处的试样厚度平均值，单位为毫米（mm）。
8.2有效模量
按公式
（2）计算有效模量，结果保留三位有效数字。
式中：
Ex=
P2-P1
21
（ε-ε）wh
„„„„„„„„„„„„„„„„„
（2）
Ex——有效弹性模量，单位为兆帕（MPa）；
P1——应变为0.001mm/mm时的载荷，单位为牛（N）；
P2——应变为0.003mm/mm时的载荷，单位为牛（N）；
ε1——应变测量点，为0.001，单位为毫米每毫米（mm/mm）；
ε2——应变测量点，为0.003，单位为毫米每毫米（mm/mm）；
w——试样的平均的宽度，单位为毫米（mm）；
h——贴片处试样厚度的平均值，单位为毫米（mm）。
8.3弯曲百分比
ε
f
-εb
ε
f
+εb
按公式（3）计算侧向弯曲百分比，结果保留三位有效数字。
By=×100%„„„„„„„„„„„„„„„„„（3）
式中：
εf——试样一侧安装的引伸计显示的应变，单位为毫米每毫米（mm/mm）；
εb——试样另一侧安装的引伸计显示的应变，单位为毫米每毫米（mm/mm）；
By——试件弯曲百分比，%。
弯曲的纵向应变检查点，推荐采用0.002mm/mm。
8.4破坏应变
采用应变计或光学非接触方式测量破坏应变。
8.5统计
对于每一组试验，按GB/T1446的规定计算每一种测试性能的算术平均值、标准差和离散系数。
9试验报告
试验报告一般包括下列内容：
a）本标准编号；
b）材料名称、牌号；
c）试样编号、尺寸及数量；
d）实际宽度-孔径比；
e）试验设备及仪器的型号、规格及计量情况；
f）试验环境温度、试样状态调节参数和结果；
8
g）使用的试验方法（A或B）。
h）试验时出现的异常情况；
i）试验结果，包括：
1）每个试样的最大载荷值；
2）每个试样的压缩强度、弹性模量及样本的算术平均值、标准差和离散系数；
3）每个试样的失效模式。
j）试验人员、试验日期等。
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