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)

MechanicalTestingE111杨氏模量，正切模量及弦向模量试验方法5TestMethodforYoung'sModulus,TangentModulus,andChordModulusE122选择样本尺寸用以估计批次或工艺质量测量的操作规程6；PracticeforChoiceofSampleSizetoEstimateaMeasureofQualityforaLotorProcessE177ASTM试验方法中精度和偏差的使用方法6PracticeforUseoftheTermsPrecisionandBiasinASTMTestMethodsE251粘贴式金属电阻应变片特性试验方法5；TestMethodsforPerformanceCharacteristicsofMetallicBondedResistanceStrainGagesE456与质量和统计相关的术语6TerminologyRelatingtoQualityandStatisticsE1237粘贴式电阻应变片安装指南5；GuideforInstallingBondedResistanceStrainGages.2其他文件ANSIY14.5M-19827ANSI/ASMEB46.1-19857.3ASTM附件V形缺口梁剪切夹具加工图8。3术语定义一一术语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。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［即，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。面内剪切一一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）。层间剪切一一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）。材料坐标系一一如图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。8来源于ASTM总部,100BarrHarborDr.,POBoxC700,WestConshohocken,PA19428-2959.OrderAdjunctADJD5379.

名义值——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。剪切强度——在纯剪切方向发生破坏时，材料所承受的剪切应力。。就黑潟篇案或Z轴（层压方向）。就黑潟篇案或Z轴（层压方向）仃33I端八色）、、轴'"d汽（纤维方向）（铺层方向角）（铺层方向角）.“岛w；2轴”n|（横向）“S（铺层方向角）（faminatereferenceaxk）X轴（层压板参考轴）图1材料坐标系讨论一一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。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）。3.3.3F3.3.3Fsu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F。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。5n-1——给定性能的样本的标准差。w——试样宽度。七一一给定性能在一个样本中单个试样的试验结果:x——给定性能在一个样本中的平均值或均值（估计平均值）。y——剪应变。8——应变的通用符号，无论是正应变还是剪切应变。33.188——应变传感器或引伸计上读出的正应变值。十一一o——正应力。t——剪应力。0——铺层方向角度。4试验方法概述带有对称的中心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）9。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。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10。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。910（（铺层（铺层方向角）L=76.0mm(3.0in)r=1.（铺层di=20.0mm(0.75in)d2=4.0mm(0.15in)h=要求的厚度试验机适配下夹块「…轴承杆含线性轴承的上夹块载荷图PbKL-b)FLPb/L-b)b+PForceDijg31Tl-Pb/(L-b)+p-Pb/(L-b)剪力图'-Pb/2-维ShearDiagram5意义和用途ShearDiagram5意义和用途MokM.Ew;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。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：5.2.1剪切应力-剪切应变响应极限强度极限应变剪切弦向弹性模量过渡应变。6影响因素材料和试件制备—一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。材料和粗糙结构一一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。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]〃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]〃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]〃s试件可以得到的面内剪切模量测量值最精确。载荷离心率—一加载过程中，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l(Ga-Gb)/(Ga+Gb)lx100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。试件几何形状的改进一一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引起的。缺口几何尺寸与材料正交各向异性程度的关系正在研究中。因此，在过渡时期，为了使本试验方法的复杂程度最小化，采用了一个简单的标准几何尺寸。但是，对于一个特定的材料，为了试件优化的目的，对缺口角度、深度和半径的改变也是可接受的，并应在报告中注明尺寸的变化。破坏的确定[0]n材料一一[0]n试件进行1-2平面的试验时，在缺口根部会出现一个典型的目视可见裂纹，从而导致在最终破坏前产生一个小的载荷降低。伴随着缺口根部裂纹的载荷的降低不能作为破坏载荷，而应该以伴随着试验段破坏的载荷值作为破坏载荷。[90]n材料一一[0]n试件进行1-1平面的试验时，极限破坏载荷明确定义为载荷-位移曲线上的最大载荷值。[0/90]ns,SMC,增韧材料——对于[0/90]ns、SMC或增韧材料，剪切破坏载荷可能低于试验过程中出现的最大载荷。在这些材料中，剪切破坏发生后，纤维可能改变方向，从而使纤维可以承受大部分的载荷。纤维的方向改变最可能出现于韧性基体的复合材料或含有偏轴层的层压板中，而韧性基体复合材料具有明显的非线性剪切特性。对于这些情况，剪切破坏载荷可以通过与载荷降低相对应的试验段的目视观测的破坏，或者通过载荷一位移曲线上斜率的明显改变来确定，如图5所示。此外，某些增韧材料的变形太大，以至于试件不发生剪切破坏，而最终出现多模式破坏形式。因此，为了避免记录不能代表剪切强度的试验结果，本试验方法记录数据的上限是5%的剪切应变。DlHr.AfFV1!-,T位移DISPLACEMENT位移图5V形缺口梁典型的载荷-位移曲线7设备千分尺用一个4—5mm[0.16-0.20in.]公称直径双球面接触面的千分尺测量试件厚度。用一个带有平坦接触面的千分尺测量试件宽度。仪器的精度应满足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±2.5^m[土0.0001in.]的仪器便能满足对试件厚度的测量；精度为土25gm[±0.001in.]的仪器便能满足对试件宽度的测量。角度测量装置一一用于测量试件的缺口角度，其精度达到±0.5。。半径测量装置一一用于测量试件的缺口半径，其精度达到±25pm[±0.001in.]。试验机一一试验机应与操作规程E4相一致，并满足以下要求：试验机端头——试验机应有一个完全固定的端头和一个移动端头。传动机构—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11.3节的规定可调。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。该装置应在规定的试验速率下无惯性滞后，且在整个载荷范围内给出的载荷精度应在显示值的±1%以内。该相关载荷范围可能对于要求的模量计算偏低，对于要求的强度计算偏高，或两者同时存在。注4——同一试验中，为了在一个相关的大范围内获得精确的载荷数据，例如，要确定弹性模量和极限载荷时，可以对于载荷单元及其标定提出特殊要求。对于某些仪器可能要求特殊的标定方法。对于某些材料和载荷单元的组合，不可能同时精度地测量弹性模量和极限强度，模量和强度的测量，必须采用不同载荷单元通过不同的试验来实现。平台/适配器一一试验机的一个端头应能连接适配器型缺口梁试验夹具（见7.4.5）的下部分，另一个端头应能连接夹具的上部分，要求使用平台或适配器。如果需要，其中的一个接触面应具有消除两个端头之间的不对中，如一个半球形的球绞。夹具一一使用的夹具为如图3所示的一个四点非对称弯曲夹具，更详细的图纸见ASTM附件ADJD5379。夹具的每一半均含有一个楔形夹块，用以在试件的宽度方向对试件的一半进行轻微的夹持，并对试件的背面进行支持。其中一个夹块，通常是下部分，固定在底座上，并通过一个线性轴承杆来支撑；而另一个夹块，通常是上部分，则包含一个线性轴承，以用于固定底座上的轴承杆。每一个元件分别通过试验机的端头进行连接或支撑。对夹具两部分之间13mm[0.5in]的跨距部分不进行支持。采用对中工具以确保试件的缺口与夹具的载荷作用线对中。应变指示装置—一采用粘贴式电阻应变片测量应变。要求至少使用两个应变片，在试件工作段加载轴线的中心，如图6所示，并与加载轴线成+45。和-45。方向安装。如果试件发生扭转，则应同时试件两个表面的应变，并对试件出现的任何扭转现象进行修正，如第6节的讨论。单独测量每一对应变片的输出结果，并在后续的试验中对输出结果求和；或者将每一对应变片的导线构成半桥（电路），因此，记录的应变值即等于每一个应变片剪切应变响应的绝对值之和。粘贴式电阻应变片的选择一一应变片的选择基于材料类型。对于大多数材料，推荐使用有效长度为6mm[0.25in.]的应变片，尽管更大尺寸的应变片可能更适合于某些机织物。应变片的长度不能太大，而超出剪应变相对均匀的区域11。应变片的11标定应遵循试验方法E251。推荐采用最小名义应变范围大约为3%（6%剪应变）的应变花。对于机织物层压板试验，应变片的选择应该考虑到应变片的有效长度至少应大于机织物的特征重复单元。关于复合材料的应变片使用的一些指南如下文所述。常用的参考资料来自Tuttle和Brinson8。与操作规程E1237相一致的纤维增强的复合材料的表面处理，可能穿透基体材料并引起增强纤维损伤，从而导致不恰当的试件破坏。在表面处理过程中，不能使增强纤维裸露或损伤。在制定关于纤维增强复合材料的应变片粘贴表面处理的标准操作规程之前，应变片制造厂应提供关于表面处理的指南和推荐用于复合材料的胶粘剂。应考虑选择具有较大电阻的应变片，以便减少低导电率材料的热影响，最好使用350Q或更高电阻的应变片。另外，应考虑使用与预期精度（推荐1-2V）相符的尽可能小的应变片激励电压，以便更好的降低应变片的能耗。应变片导致试样发热可能直接影响材料的性能，或者可能影响显示的应变值，这是由应变片温度补偿系数和试样材料的热膨胀系数之间的不同而引起的。8Tuttle.M.E.和Brinson.H.F.，"应用于复合材料的电阻薄片应变片技术”，实验力学，Vol.24，No.1，1984.4，第54-56页；勘误表，注释在Vol.26，No.2，，1986.6，第153-154页。

7.5.1.3即使是在标准实验室大气环境下进行试验，也推荐采用多种温度补偿方式。非室温环境试验要求进行温度补偿。.1.4应考虑应变片的横向灵敏度。应变片制造厂家应给出横向灵敏度的修正方法和对复合材料的影响关系。这对用于测定泊松比的横向安装的应变片是非常重要的，如注11所述。调节箱—一在非试验室环境下调节材料时，要求使用温度/湿度可控的环境调节箱，并能将温度保持在所要求温度的±3℃[±5°F]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。嗖中，6该单元可以是变片，嗖中，6该单元可以是变片，位置单独的应变片构成应变花。注1——两个直角应变片的单元位于缺口根8取样和试件取样——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据，应参考操作规程E122中所述的方法，并给出取样方法。注5——如果试件要经过环境调节达到平衡，且具有相同的类型或几何尺寸，但通过称量试件本身的重量并不能正确测量试件的重量变化（例如有加强片的试件），这时，可采用具有相同名义厚度和适当尺寸的随炉件（无加强片）来确定需调节的试件是否达到平衡。8.2几何形状一一特殊的试样为带有对称中心V形缺口的矩形平直条状试样，8.2.1节给出了强制性的要求，对于未做规定的参数的建议在8.2.1节中进行了讨论。试验要求形状、尺寸、公差和结构形式一一要求的试件形状、尺寸和公差如图7（SI制）和图8（英制）所示。如果需要，可以对90。的标准缺口角度、20%的缺口深度和1.3mm[0.5in]的缺口半径进行调整，以满足特定材料的要求，但是，在试验结果中必须注明对这些值的任何改变，并且这些尺寸也应采用标准公差。如第6节和14.1节的讨论，在1-2平面进行层压材料的试验时，[0/90]ns试件能提供更为精确的模量测量值，并且强度结果的偏差较小，因此，通常优先于[0]n和[90]n试件。特别推荐试件/加强片厚度一一试件厚度和加强片厚度所要求的范围很广，在特殊情况下允许使用者有较大的灵活性。但是，如果可能，试件的厚度应保持在3~4mm[0.120~0.160in]之间。典型的加强片厚度为1.5mm[0.062in]。夹持/加强片的使用一一很多的材料结构形式，如[0/90]ns层压板、织物基材料或者随机增强的薄片模压混合材料，不采用加强片即可成功地进行试验。但是，当材料的厚度小于2.5mm[0.100in]时，则推荐使用加强片。在远离试验段的试件两个表面局部粘贴加强片，通过局部增加夹持区的厚度，如图7和图8所示，可以增加试件的强度和稳定性，这样，可以使得夹具夹持区引起的层压板的压碎破坏最小化，并降低夹具中试件的扭转概率。(1)加强片材料一一最常用的粘接式加强片的材料是连续E玻璃纤维增强的聚合物基材料(机织物或无纬布)，其结构形式为[0/90]1ns层压板。(2)加强片胶粘剂一一试验中将加强片与材料粘贴时，任何符合环境要求的高伸长率(韧性)胶粘剂均可采用。最小厚度的均匀胶层是希望得到的。加强片长图口7片胶粘V形缺口梁试件图（si制）?tWI"用图注：图7的标注与ANSIY14.5M-1982一致，并遵循下列条件:⑸下面提供的值，适用于图7所示的所有范围：材料、铺层、相对于-A-的铺层方向、试样厚度、加强片材料、加强片厚度、««L5L=(1)以mm为单位的所有带小数的尺寸的公差如下:无小数xXX±3±1士0.3⑵所有角度的公差为：±.5°；⑶铺层方向公差为：相对于基准面-A-（或-B-）±0.5°；(4)机械加工边缘的光洁度不能超过1.6《缺口的光洁度不能超过0小（符号与ASAB46.1一致，粗糙度以年为单位）;oe7,如酊卜.Ji"""j，翼I：2-型.J-t图注：图8的标注与ANSIY14.5M-1982一致，并遵循下列条件：(1)以mm为单位的所有带小数的尺寸的公差如下：XXX.XXX±0.1±0.03±0.010所有角度的公差为：±.5°；铺层方向公差为：相对于基准面-A-(或-B-)±0.5°；机械加工边缘的光洁度不能超过64$缺口的光洁度不能超过324(符号与ASAB46.1一致，粗糙度以|im为单位)；下面提供的值，适用于图8所示的所有范围：材料、铺层、相对于-A-的铺层方向、试样厚度、加强片材料、加强片厚度、加强片长图等胶粘V形缺口梁试件图(英制)8.3材料方向——按照图9的方法制造和加工试件时，通过正确的层压板方向，可以进行6个材料剪切平面(如图1所定义的)中任意一个平面的剪切试验。注6——例如，1-2平面位于1轴和2轴所在的平面，并指定了试件的方向，即1方向(平面的第一个数字)表示沿试件的长度方向。1-2/2-1剪切性能——1-2或2-1平面的材料性能表示层压复合材料的面内性能。为了评估这些性能，从[0]n,[90]n或[0/90]ns层压板中切割试样用于制备试件，因此，0。方向代表试件的长度方向或者加载轴的方向。1-3/3-1剪切性能——1-3或3-1平面的材料性能表示层压复合材料的层间性能。为了评估这些性能，从厚的(20mm[0.750in])[0]n或[90]n层压板中切割试样用于制备试件。厚层压板的制造有多种方法，8.3.2.1或8.3.2.2的方法都是可接受的，只有在以上两种方法不能实现时，才可以使用8.3.2.3的方法，因为胶层将对试验结果产生影响。用一次操作过程将层压板共固化到最终的壁板厚度。在试验段采用一个厚度大于14mm[0.6in]的预固化层压板，并在每一侧对称粘贴一个附加的层压板，使壁板总厚度为20mm[0.750in]，然后通过两次或多次操作进行胶接或共胶接，以达到最终的壁板厚度。使用均匀的、薄的胶层，通过两次或多次操作将多个预固化的层压板胶接到一起，使最终的壁板厚度达到20mm[0.750in]。8.3.32-3/3-2剪切性能——2-3或3-2平面的材料

性能表示层压复合材料的层间性能。为了评估这些性能，从厚的(20mm[0.750in])[0]n或[90]n层压板中切割试样用于制备试件，层压板的制备方法如下：在试验段采用一个尽可能厚的预固化层压板(大于试验段的宽度，至少6mm[0.25in]厚)，并在每一侧对称粘贴相同材料的附加层压板，使其总长度为76mm[3.0in]，然后通过两次或多次操作将多个预固化的单层进行胶接或共胶接。穿过缺口截面的胶层数量和胶层厚度应保持最小，以防止胶层对试验结果产生影响。[0/90疆或[90/0底试件

用于€,〜用于Gi2用于G21用于G13用于G21用于G13.用于。31用于G32三邑,图9材料平面的方向

8.4试件制备壁板制造——纤维直线度的控制是非常重要的，纤维直线度差将降低材料测量的性能，不规则的纤维排列也将增大离散系数。报告中应给出壁板的制备方法。机械加工方法—一试件的制备非常重要。试件应单独模压成型，以避免边缘和切割效应或从平板上切割试件。如果试件是从平板上切割下来的，应采取相应的措施以避免由于不适当的加工方法而引起切口、划痕、粗糙或不平的表面、或者分层，并通过水润滑的精确切割、打磨或磨削，得到试件最终尺寸。对于多数材料体系，使用金刚砂工具是非常有效的。试件边缘的平直度和平行度应在规定的公差范围内。8.4.2.1缺口制备——缺口加工时应特别小心，以避免试件产生分层。机械加工时，防止分层的一种有效方法是用虎钳将试件进行堆叠和夹持，并在背面放置一个假件。用于缺口制备的好的机械加工方法包括精细磨削和精细打磨。8.4.3标记一一为了便于区分试件，且能追溯到原材料，应对试件作标记，在某种意义上，试件的标记应既不受试验的影响，又不影响试验。9标定标定方法与试验方法D3039/D3039M一致。10状态调节聚合物基复合材料—-作为试验的一部分，除非规定了不同的环境条件，否则应按试验方法D5229/D5229M中的方法C对试件进行状态调节，并在标准试验室大气环境（23土2℃[73.4土3.6°F]和50土10%相对湿度）中储存和试验。非聚合物材料一一没有状态调节环境要求。11试验步骤试验前规定的参数：剪切试件的取样方法、试样类型和几何形状已经状态调节的随炉件（如果需要）。剪切性能和数据的期望的报告形式。注7——试验前确定特定的材料参数、精度和数据的报告要求，以便于选择测试仪器和数据记录设备。估计工作应力和应变水平，以便于选择传感器、标定仪器和确定仪器设置。环境调节试验参数如果进行了试验，用于确定密度和增强体体积的取样方法、试件几何形状和试验参数。通用说明报告试验方法的任何偏差，无论是有意还是无意的。如果报告了比重、密度、增强体体积或空隙体积，那么必须从进行拉伸试验的同一块板上取样。比重和密度由试验方法D792得到。由试验方法D3171的基体溶解方法，或者，对于特定的增强材料，例如玻璃和陶瓷，用试验方法D2584中的基体蒸发方法，来计算组分材料的体积百分比。试验方法D2734中的空隙含量计算公式可用于试验方法D2584和基体溶解方法。在状态调节之后，但在剪切试验前，测量并记录穿过缺口的试件宽度，w，精确到25^m[0.001in]和试件缺口处的厚度，h，精确到2.5im[0.0001in]。用下式计算截面积：A=w义h(1)在图6所示的位置安装应变片。试验速度一一设置试验速度，使得在工作段内能产生一个几乎恒定的应变率。如果试验机无法实现应变控制模式，则通过重复的控制和调节加载速率，并测量应变与时间的响应关系，便可近似的保持一个几乎恒定的应变率。应变率的选择应使试件在1-10分钟内破坏。如果不能合理地估算材料的极限应变，则最初的试验应以标准速度进行，直到获得材料的极限应变和系统的柔度，从而可以调节应变率。建议的标准速度为：11.3.1应变控制试验——标准应变率为0.01/min。11.3.2恒定夹头速度试验一一标准的夹头位移速率为2mm/min[0.05mm/min]。注6——在具有高柔度的试验机系统中，使用某一固定夹头速度可能使得应变率大大低于所要求的应变率。试验环境一一将试件调节到期望的湿度，如果可能，在与状态调节的液体暴露水平相同的情况下进行试验。然而，有许多实例，如对一个潮湿的试件进行升温试验，将其放置在普通试验机环境箱中是不切实际的。这种情况下，就可能需要对力学试验环境进行改进，例如，在无液体暴露控制下进行升温试验，但从调节箱内取出到试件破坏要有一个规定的时间限制。应记录对试验环境的任何改进。.1如果试验环境与状态调节环境不同，则应在要求的状态调节环境中存贮试件，直到试验开始。夹具安装注9——本试验是在带有一个固定横梁和一个可移动横梁的试验机上施加压缩载荷。如果使用立式试验机可以很容易地满足以下的假设，则不要求使用万能试验机。可移动横梁相对于固定横梁的位置足够长，能产生压缩载荷，或者与载荷传感器连接的横梁并不重要。本试验方法的夹具分为两部分，每一部分分别与试验机的一个横梁连接。为了便于描述，放置于立式试验机上时，将带有底座和轴承杆的部分称为下夹块，并假设与下横梁相连；而将带有轴承套的部分称为上夹块，并假设与上横梁相连。检查夹具——检查夹具的夹钳/夹块的记号或线性轴承与轴承杆之间的松紧度。对夹具的任何缺陷进行修正。上夹块与上横梁的连接一一试验夹具图纸中显示的适配器是可选择的，并且与试验机有关。许多试验机最适合使用一个螺杆，以将上夹具的夹块与连接到上横梁的带内螺纹的平台进行连接。安装前螺杆上的两个螺母可以作为锁紧螺母，一个用于夹具的可移动夹块，另一个用于平台。拧紧锁紧螺母，以对螺杆施加预载，并使连接牢固。上夹块与下夹块装配一一将夹具底座放置于夹具上夹块的一个表面，并与载荷作用线垂直。一共试验机的横梁，使夹具底座的轴承杆滑入到上夹块的轴承中。夹块对中——移动夹具底座，直到夹具上、下夹块的外壁平齐。注10——一种方法是采用一个小于试件的名义尺寸的平坦的对中平板，并且通过两个螺杆（通过平板中的孔）与夹块中对应的内螺纹孔配合，其中一个位于固定夹头，另一个位于可移动的夹头。安装并拧紧对中平板，使得左（下）夹块与右（上）夹块对中，并使夹块外壁平齐。下夹块与下横梁的连接——夹块对中后，将夹具底座与试验机的下横梁连接，以防止由于试件破坏或操作的晃动而引起的不对中。移去对中平板，即可以开始试件的安装。试件的安装与传感器的连接应变片连接一一将试件的应变片与数据采集电路连接，并进行必要的标定。注11——尽管没有要求，还是强烈希望在试件安装过程中观测应变片的响应，以有助于使试件不希望有的预载荷最小化。载荷调零一一较核载荷单元的标定并将载荷显示值调零。在试件安装过程应能观测到载荷值，以使试件不希望有的预载荷最小化。松开夹钳一一将每一个夹块的夹钳松开，使其足以允许试件的宽度自由地插入到夹块中。调节可移动横梁的位置，直到夹块近似地垂直排列成一直线，并将对中工具放置于下夹具夹块的凹槽中。插入试件一一将试件自由地放入两个夹块中，并调节应变片的导线。压紧试件的背面一侧，使其紧靠夹具的后壁或垫片。垂直移动试件的对中工具，直到进入缺口中，使试件的V形缺口与夹具对中，如图10所示。注12——如果试件的背面一侧有应变片，则在试件安装前，应将该应变片的导线引入到试件的另一侧，将下夹块的夹钳移动到左侧，直到夹块之间的间隙完全消除。将导线穿过张开位置，然后将夹钳移回到右侧，以提供用于试件安装的空隙。拧紧夹具左侧部分——试件对中后，轻微拧紧左侧的夹钳（下夹块上）以固定试件。夹钳不能过度拧紧，过度拧紧将导致不希望有的预载荷，并可能导致材料损伤。试件与上夹块之间应保留一定的间隙，并且试验机应没有载荷显示。如果没有间隙，或者试件承受了载荷，则应调节横梁或上夹块的夹钳，或两者同时调节，直到出现间隙或载荷回零。重新检查试件在下夹块中的位置。如果需要，重复以上的步骤。拧紧夹具右侧部分一一移动试验机横梁，直到上夹块的上表面正好与试件右侧的上表面接触，此时不需要加载。将应变记录仪调零。轻微拧紧右侧上夹钳，以夹持试件的右侧。夹钳不能过度拧紧，过度拧紧将导致不希望有的预载荷，并可能导致材料损伤。预载应最小化，然而，在实际使用时，一个小的预载（40~80N[10~20[lbf]]可能是不可避免的。检查位置一一试件应该位于夹具的中心，以使得载荷的作用线之间通过试样缺口的中心。应轻微拧紧两个夹钳，使试件与左右两侧夹块的上下表面接触，并对远离工作段的试件背面一侧有轻微的支撑。全面检查测量仪器，并可以对试件进行试验。加载——以给定的速率对试件加载直到破坏，并记录数据。数据记录——连续或定期记录载荷-应变和载荷-横梁位移数据。如果载荷-应变或载荷-横梁位移曲线出现不连续，或者观测到首层破坏，则记录该点的载荷、应变及损伤模式。如果试件破坏，则记录破坏前的最大载荷以及破坏瞬间或尽可能接近破坏瞬间的应变。如果达到5%应变仍未发生破坏，则删去5%以后的数据。第6节给出了关于破坏载荷解释的指南。注13——记录能解释试验的异常和夹持或试件打滑问题的有价值的其他数据，包括载荷-夹头位移数据和载荷-时间数据。11.8.1破坏模式——记录试件的破坏模式和破坏部位。如果可能，选择如图11所示的V形缺口剪切试验破坏模式的标准表述方式。（上夹钳/夹块未显示）不可接受的破坏模式(通常在加载点开始)LiiiiSfiiMimen单向试件：G21G31或G”2131'单向试件:「LiiiiSfiiMimen单向试件：G21G31或G”2131'单向试件:「LG12,G13或G：23SMC试件一尸…一--i--T”3%行口““T”3%行口““Fdilu*eW&d<s可接受的典型破坏模式079(1Sp«eirn<ii0/90试件:-G-：12/210/90试件:-G-：12/21t'ni5(tecifntn如i.加丁:！单向试件：.G12G13或G125MCSpeciniei*23SMC试件,SMC试件,12.1剪应力/极限强度用式(2)计算极限强度，单向试件：.■G21G31或G32图11V形缺口梁剪切试验的常见破坏模式12计算结果保留三位有效数字。如果要计算剪切模量，则用式(3)确定所要求的每一个数据点的剪应力。Fu=PFu=Pu/A⑶式中:Fu=Pu=f个数据点的载荷力,于5%处载荷的较低值MPa[psi]；N[lbf]；A=从11.2.3得到的截面积，mm2[in2]。12.2剪应变/极限应变如果要计算剪切模量或极限应变，则用式(4)通过所要求的每一个数据点处+45。和-45。的正应变来确定剪应变。用式(5)确定(4)⑸(4)⑸y=e+£i+45-45"5%ya=min<r［极限载荷对应的y式中：『第i个数据点的剪应变，四；；=第i个数据点+45。正应变，牌;「=第i个数据点-45。正应变，牌;-4=最大剪应变，四。ya剪切弹性模量注14——为了将扭转的潜在影响降低到最小，测量弹性模量时，推荐采用试件两侧应变读数的平均值，如第6接的讨论。弦向剪切弹性模量——在1500-250(^18范围内选取一个较低的应变作为起始点，使剪应变增加4000±200即，在该区间内用式(5)计算弦向剪切弹性模量。如果在确定的应变范围的端点(常常以数字数据形式出现)的数据无效，则使用与其最接近的有效数据点的数据。弦向剪切弹性模量结果保留三位有效数字，给出计算中使用的应变范围。弦向剪切模量的图例如图12所示。(6)12.3.1.1(6)Gchord=At/Ay式中：Gi二弦向弹性剪切模量，GPa［psi］；爪=两个应变点之间的剪应力差值，MPa[psi]；.=两个应变点之间的剪应变差值(一般为0.004)。弹性剪切模量(其他定义)一一可以计算和记录使用者自行定义的其他弹性模量。如果得到并记录了这样的数据，应给出其定义、所用的剪应变范围和试验结果，结果保留三位有效数字。试验方法E111提供了用于确定弹性模量的其他指导。注15——其他模量定义的一个例子为：对本质上表现出双线性应力-应变特性的材料的次弦向弹性模量。偏移剪切强度—一需要时，可以从剪应力-剪应变曲线中确定偏移剪切强度。将弹性剪切弦向模量线从原点平移到一个指定的应变值，并且延伸该条线直到与应力-应变曲线相交。确定并记录对应于交点的剪应力值，与偏移应变值一起作为偏移剪切强度，如：F。(0.2%offset)=28Mpa(7)偏移剪切强度的图例如图12所示。注16——如果没有一个更为合适的值，推荐的偏移应变值为0.2%。

O04?心.■为应剪•O04?心.■为应剪•-.II工iX=i=1nsn-1工iX=i=1nsn-1£x2-nx2/(n-1)ii=1CV=100义s/x式中：n-1x=样本平均值s产样本标准差CV==样本离散系数，％n=试件数量x.=测量或导出的性能值(8)(9)(10)13报告13.1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。）：本试验方法的修订版本级别或发布日期。试验时间与地点。试验人员姓名。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。试验材料的证明文件，包括：材料规格、材料类型、材料牌号、制造商、制造商的批号或炉号、来源（如果不是由制造厂家提供）、检验日期、有效期限、单丝直径、纤维束或纱的支数与捻度、浸润剂、结构形式或机织、纤维面积重量、基体类型、预浸料基体含量以及预浸料挥发物含量。层压板制造步骤的描述，包括：制造开始时间、制造结束时间、工艺规范、固化周期、压实方法及所用设备的描述。层压板的铺层顺序。如果要求，给出密度、增强体的体积百分比，和空隙含量测试方法、试件取样方法和几何形状、试验参数和试验结果。材料的平均单层厚度。任何无损评估试验的结果。试验件的制备方法，包括：试件编号方案和方法、试件几何形状、取样方法、试样切割方法、加强片几何形状详细情况、加强片材料和用于加强片的胶粘剂。所有测量仪器与试验设备的标定日期和方法。试验机型号、夹头、夹钳、夹持力、对中结果、及数据采集速率与设备型号。每个试验件的几何尺寸。状态调节参数及结果，随炉件和随炉件的几何形状，以及与试验方法的规定不同的实际试验过程。试验室的相对湿度与温度。试验机环境箱环境（如果使用）和在环境中的浸透时间。试验的试件数量。试验速率。试件上传感器位置和使用的传感器的型号。应变片的型号、电阻、尺寸、应变片系数、温度补偿方法、横向灵敏度、导线电阻以及使用的所有修正因子。每个试件的应力-应变曲线和应力-应变数据列表。每个试件的应力-应变曲线上删除的数据。每个试件弯曲百分比的评估结果。每个试件的强度值以及母体的平均值、标准差与离散系数（以百分数表示）。如果破坏载荷低于破坏前的最大载荷，应注明。每个试件的极限应变以及母体的平均值、标准差与离散系数（以百分数表示）。如果到5%应变后对数据进行了删除，应注明。测量弦向模量所用的应变范围。除了弦向模量外，如果使用了其他弹性模量的定义，则需记录所使用的方法、导致的修正系数（如果适用）以及模量计算所用的应变范围。每个试件的剪切弹性模量值以及母体的平均值、标准差和离散系数（以百分数表示）。每个试件的偏移剪切强度和对应的偏移应变值以及母体的平均值、标准差和离散系数（以百分数表示）。每件试件的破坏模式和破坏位置。14精度和斜度精度初步round-robin试验——ASTMD30委员会在7个试验室、分别采用单向碳/环氧和芳纶/环氧复合材料以及随机排列的短纤维玻璃/聚酯薄片模压混合构件的不同结构形式，为该试验方法进行了初步的round-robin试验。对所有情况均进行1-2平面的剪切试验，所有试验均由同一个试验人员、使用同一台试验机、在同一天进行，详细的试验结果见文献（19）。随着对本试验方法以及如何最好地使用本方法的了解，最初的round-robin试验已趋于成熟，因此，D30委员会正在计划完善对精度的描述，并作为标准增加到本试验方法的下一个版本中。结果—一精度的定义为试验样本母体的两个标准差具有95%的置信度。对于试验室内的结果，E177称其为重复性，而对于试验室之间的结果，则称其为再现性。表1列出的结果表明，[0/90]ns层压板结构的强度分散性明显低于其他的结构形式。但同时也注意到，所有结构形式模量值的分散性都很大，这并不是试验方法自身的原因，而是因为在用于初步round-robin试验的早期版本的试验方法中，没有对弹性模量给出标准的定义。偏差——由于没有可接受的参考标准，本试验方法不能确定偏差。表1重复性和再现性95%置信度(2。)试件结构形式和试验室内，重复性(1)试验室之间，再现性(1)材料强度模量强度模量[0/90]1ns碳/环氧5.2715.25.2915.9[0]n碳/环氧18.79.8829.211.1[90]n碳/环氧42.518.447.218.7[0]n芳纶/环氧18.211.859.90.0[90]n芳纶/环氧23.425.626.029.0SMC注：(1)归一化到平均值，17.9以百分比表示。26.921.926.615关键词复合材料；面内剪切；层间剪切；剪切模量;剪切性能；剪切强度；剪切试验参考文献Walrath,D.E.,andAdams,D.F.,“TheIosipescuShearTestasAppliedtoCompositeMaterials,”ExperimentalMechanics,Vol23,No.1,March1983,pp.105-110.Walrath,D.E.,andAdams,D.F.,“AnalysisoftheStressStateinanlosipescuTestSpecimen,“UniversityofWyomingDepartmentReportUWME-DR-301-102-1,June1983.Walrath,D.E.,andAdams,D.F.,“VerificationandApplicationofthelosipescuShearTestMethod,“UniversityofWyomingDepartmentReportUWME-DR-401-103-1,June1984.Adams,D.F.,andWalrath,D.E.,“FurtherDevelopmentofthelosipescuTestMethod,”ExperimentalMechanics,Vol27,No.2,June1987,pp.113-119.Arcan,M.,andGoldenberg,N.,“OnaBasicCriterionforSelectingaShearTestingStandardforPlasticMaterials,”(inFrench),ISO/TC61-WG2S.P.171,Burgenstock,Switzerland,1957.Goldenberg,N.,Arcan,M.,andNicolau,E.,“OntheMostSuitableSpecimenShapeforTestingShearStrengthofPlastics,”InternationalSymposiumonPlasticsTestingandStandardization,(Oct.30-31,1985,Philadelphia),ASTMSTP247,1959,pp.115-121.Arcan,M.,Hashin,Z.,andVoloshin,A.,“AMethodtoProduceUniformPlane-stressStateswithApplicationstoFiber-reinforcedMaterials,”ExperimentalMechanics,Vol18,No.4,April1978,pp.141-146.losipescu,N.,“PhotoelasticInvestigationsonanAccurateProcedureforthePure