《纤维增强聚合物基复合材料层合板冲击后压缩性能试验方法》征求意见稿

ICSXX.XXX.XX

XXX

团体标准

T/CSTMXXXXX-201X

纤维增强聚合物基复合材料层合板冲击后

压缩性能试验方法

TestMethodforCompressionAfterImpactPropertiesofFiberReinforced

PolymerMatrixCompositeLaminates

201X-XX-XX发布201X-XX-XX实施

中关村材料试验技术联盟发布

T/CSTMXXXXX-2019

纤维增强聚合物基复合材料层合板冲击后压缩性能试验方法

1范围

本标准规定了纤维增强塑料层合板冲击后压缩性能试验的方法原理、试样、试验条件、试验设备、

试验步骤、结果计算和试验报告。

本标准适用于测定连续纤维增强的、具有多个纤维方向的、均衡对称或典型铺层的聚合物基复合材

料层合板的冲击后压缩强度、模量和破坏应变的测定。

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

GB/T3961纤维增强塑料术语

GJB5304军用复合材料术语

GB/T21239纤维增强塑料层合板冲击后压缩性能试验方法

3术语、定义和符号

3.1术语和定义

GB/T3961和GJB5304中确立的以及下列术语和定义适用于本标准。

3.1.1固化后单层名义厚度nominalcuredplythickness

通过计算得到的复合材料层合板的单层厚度，数值上等于纤维材料面密度除以纤维材料体积密度和

纤维体积含量之积。

3.1.2条件冲击能量specifiedimpactenergy

使材料出现客户指定深度的凹坑所需的冲击能量，通常取指定凹坑深度为1mm。

3.1.3冲击能量截止值impactenergythreshold

由客户根据材料使用工况确定的最大冲击能量值，是一种特殊的条件冲击能量。

3.1.4冲击能量对子coupleofimpactenergy

升降法确定条件冲击能量时，相邻的冲击能量水平之间凹坑深度小于指定深度和大于指定深度的一

对冲击能量。

3.2符号

下列符号适用于本标准。

1

T/CSTMXXXXX-2019

i、j、k——复合材料层合板中某一单层重复连续铺贴的次数；

n——n为复合材料层合板铺设对称面一侧子层合板重复铺贴的次数；

S——表示对称层合板，复合材料子层合板重复铺贴n次后，再进行对称铺贴。

4方法原理

矩形试样沿厚度方向在试样中心受到一定能量的冲击后，对试样沿长度方向施加压缩载荷，直到试

样失效。

5试样

5.1试样形状及尺寸

标准试样形状及长、宽尺寸见图1。除非另有规定，试样长、宽尺寸公差为±0.25mm。

单位为毫米

压缩方向

图1冲击后压缩试样

5.2试样厚度

标准试样厚度为4.0mm～6.0mm，尽可能使试样厚度接近5.0mm。

5.3层合板的铺层方式

5.3.1单向层合板

铺层顺序为[45/0/-45/90]ns，其中n为整数。如果预计的厚度值小于4.0mm，则n值应变为n+1。

针对不同的固化后单层名义厚度推荐了层合板的铺层方式，见表1。层合板的0°纤维方向与试样长度方

向相一致。

2

T/CSTMXXXXX-2019

表1对不同的固化后单层名义厚度推荐的单向预浸带层合板铺层方式

固化后单层名义厚度，mm

层数铺层

最小值最大值

0.0850.1048[45/0/-45/90]6S

0.100.1340[45/0/-45/90]5S

0.130.1832[45/0/-45/90]4S

0.180.2524[45/0/-45/90]3S

0.250.5016[45/0/-45/90]2S

0.500.758[45/0/-45/90]S

5.3.2机织物层合板

铺层顺序则为[(45/-45)/(0/90)]ns，其中n为整数。如果预计的厚度小于4.0mm，则n值应变为n+1。

记号(45/-45)和(0/90)表示机织物单层。除非另有规定，含缎纹织物的层合板应具有对称的经向切面。针

对不同的固化后单层名义厚度推荐了层合板的铺层方式，见表2。层合板的0°纤维方向与试样长度方向

相一致。

表2对不同的固化后单层名义厚度推荐的机织物预浸带层合板铺层方式

固化后单层名义厚度，mm

层数铺层

最小值最大值

0.0850.1048[(45/-45)/(0/90)]12S

0.100.1340[(45/-45)/(0/90)]10S

0.130.1532[(45/-45)/(0/90)]8S

0.150.1828[(45/-45)/(0/90)]7S

0.180.2024[(45/-45)/(0/90)]6S

0.200.2520[(45/-45)/(0/90)]5S

0.250.3616[(45/-45)/(0/90)]4S

0.360.5012[(45/-45)/(0/90)]3S

0.501.008[(45/-45)/(0/90)]2S

1.001.504[(45/-45)/(0/90)]S

5.3.3其它铺层方式

层合板应有多个纤维方向（对单层为单向纤维的层合板纤维方向至少为3个，对织物层合板至少2

个铺层方向），它们相对试验方向是均衡对称的。通常铺层方式应选择[45i/0i/-45j/90k]nS单向层合板或

[45i/0j]nS织物层合板，使得纤维在4个主方向上每个方向的分布不少于5%。当考察结构的损伤容限性

能时应采用与结构铺层方式相同的典型铺层层合板进行试验。

5.4试样制备

按照GB/T1446的规定。

3

T/CSTMXXXXX-2019

5.5试样数量

每组有效试样应不少于5个。

6试验条件

6.1试验标准环境条件

试验标准环境条件应符合GB/T1446的规定。

6.2冲击能量

6.2.1推荐冲击能量

推荐冲击能量按照公式（1）进行计算。

……（）

Er＝CE⋅h1

式中：

Er——推荐冲击能量，J；

CE——规定的冲击能量与试样厚度的比，6.67J/mm；

h——试样厚度，mm。

6.2.2条件冲击能量

通过升降法确定条件冲击能量：用预估的能产生指定凹坑深度的能量冲击第一根试样，若凹坑深度

小于指定深度，则增加一级冲击能量进行第二根试样冲击试验；若第一根试样凹坑深度大于指定深度，

则降低一级冲击能量进行第二根试样冲击试验；依次类推，第三根及以后试样冲击能量升或降的选择均

由上一根试样试验结果确定。各级冲击能量之间的级差应相等，推荐为预期条件冲击能量的5%。升降

法部分最终应至少出现5对冲击能量对子。

条件冲击能量按照公式（2）进行计算。

1

ES=∑(ni⋅Emi)

N……（2）

N=(ni)………………（3）

1

E=∑(E+E)………（）

mi2ii+14

式中：

N——冲击能量对子总数；

ni——第i个冲击能量对子数量；

Emi——第i个冲击能量对子的平均能量值，单位为焦耳（J）；

Ei、Ei+1——冲击能量对子对应的两个相邻的冲击能量，单位为焦耳（J）。

若超过冲击能量截止值获得的凹坑深度仍小于指定深度，则将冲击能量截止值作为条件冲击能量。

6.3压缩加载速率

加载速率为1.25mm/min±0.5mm/min。

4

T/CSTMXXXXX-2019

7试验设备

7.1落锤冲击试验装置

7.1.1落锤总质量为5.5kg±0.25kg，应带有直径为16mm±0.1mm、硬度为60HRC～62HRC的半球形

光滑冲击头。如果试验使用了不同的冲击头，则应记录其形状、尺寸和质量。

7.1.2落锤冲击头应有导向装置，冲击点的重复性偏差应不大于3mm。

7.1.3试验装置应有防止二次冲击的装置。如果没有防二次冲击的装置，可以通过在冲击头离开试样表

面反弹后，用一片刚性材料（木头、金属等）插到冲击头和试样之间，以防止二次冲击。

7.1.4落锤高度可调，高度标尺精度为0.5mm。

7.2材料试验机

试验机和测试仪表应符合GB/T1446的规定。

7.3冲击试验支撑夹具

冲击试验支撑夹具上下表面的平行度应能够保证试样在受冲击位置水平放置。导向销必须保证试样

中心受到冲击。铰接夹及其橡皮头在试样受到冲击过程中能够压紧试样。冲击试验支撑夹具参见附录A。

7.4冲击后压缩试验夹具

冲击后压缩试验夹具应有足够的刚度和尺寸精度，以保证试样均匀受压，并且不会发生屈曲。冲击

后压缩试验夹具参见附录B。

8试验步骤

8.1按照GB/T1446的规定检查试样外观。

8.2按照GB/T1446的规定对试样进行状态调节。

8.3测量试样中心点（冲击点）四周四点的厚度，取平均值；在试样中心线测量试样的宽度。测量精

度按照GB/T1446的规定。

8.4按照第6章的规定计算对试样中心施加的冲击能量，将试样放在冲击试验支撑夹具上，使冲击头

对准试样中心，试样四个角压头处垫上硬橡胶并固紧。冲击高度按照公式（5）进行计算。按照计算的

冲击高度对试样进行冲击试验。

E

H＝

m⋅g……（5）

式中：

H——冲击高度，m；

E——冲击能量（推荐冲击能量或条件冲击能量），J；

m——试样质量，kg；

g——重力加速度，9.81m/s2。

8.5测量并记录冲击表面和背面损伤状况，包括冲击坑尺寸和背面的裂纹形状、尺寸。若需要可用无

损检测方法测量和记录分层面积。

8.6按照图1所示背对背粘贴轴向应变片。

8.7将试样安装在压缩试验夹具中，施加初载，检查四个应变片的应变值，调整夹具，以保证轴向应

力传递均匀。每个背靠背应变计的位置在施加最大力时的弯曲百分数按照公式（6）确定。

5

T/CSTMXXXXX-2019

ε−ε

By=12×100…………（6）

ε1+ε2

式中：

By——弯曲百分数，％；

ε1——一个面上两个应变计的指示应变的平均值；

ε2——背面两个应变计的指示应变的平均值。

弯曲百分数的正负号表明了试样弯曲的方向。试件两表面应变计读数快速偏离或弯曲百分数迅速增

大预示了层合板开始失稳，如果出现其中任何一种情况，或施加最大载荷时的弯曲百分数超过10%，

则要检查夹具、试件和加载平台，以找出可能引发试件弯曲的情况，如存在间隙、紧固件松动或平台不

对中。应松开夹具螺栓，调节侧板和滑动板及平台，以尽可能减小层合板在压缩载荷下的弯曲。

8.8按照规定的速率对试件加载直至达到最大值，并且载荷掉落至距最大值约30%时，终止试验，以

防止真实的破坏模式被大范围的畸变所遮蔽，同时也防止损坏支持夹具。记录试验过程中的时间、位移

（应变）、载荷等数值。

9结果计算

9.1冲击后压缩强度按照公式（7）计算。

σ=P/bh

CAI…………（7）

式中：

σ

CAI——冲击后压缩强度，MPa；

P——最大压缩载荷，N；

b——试样宽度，mm；

h——试样厚度，mm。

9.2压缩模量按照公式（8）计算。

=30001000…………（）

CAI()8

𝑝𝑝3000−𝑝𝑝1000

𝜀𝜀−𝜀𝜀∙𝐴𝐴

3000——接近3000微应变记录的应变值；𝐸𝐸

——接近1000微应变记录的应变值；

𝜀𝜀1000

P——对应的载荷值，N；

𝜀𝜀30003000

P——对应的载荷值，N；

1000𝜀𝜀1000

A——试样的横截面积，mm2。

𝜀𝜀

9.3冲击后压缩破坏应变为冲击后压缩强度对应的应变值，该应变值数值上等于图1所示四个应变计

所测应变的平均值。

9.4按照GB/T1446的规定计算平均值、标准差和离散系数。

10试验报告

试验报告应包括下列内容：

6

T/CSTMXXXXX-2019

a）试验项目和名称；

b）材料牌号、规格、铺层方式和纤维体积含量；

c）材料来源；

d）试样编号、尺寸和数量；

e）试验温度和相对湿度；

f）试验设备；

g）冲击头尺寸和质量、冲击能量；

h）试验结果单个值、平均值和标准差；

i）试验人员和日期；

j）其它。

_________________________________

7

T/CSTMXXXXX—2019

前言

本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。

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归口。

I

T/CSTMXXXXX-2019

纤维增强聚合物基复合材料层合板冲击后压缩性能试验方法

1范围

本标准规定了纤维增强塑料层合板冲击后压缩性能试验的方法原理、试样、试验条件、试验设备、

试验步骤、结果计算和试验报告。

本标准适用于测定连续纤维增强的、具有多个纤维方向的、均衡对称或典型铺层的聚合物基复合材

料层合板的冲击后压缩强度、模量和破坏应变的测定。

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

GB/T3961纤维增强塑料术语

GJB5304军用复合材料术语

GB/T21239纤维增强塑料层合板冲击后压缩性能试验方法

3术语、定义和符号

3.1术语和定义

GB/T3961和GJB5304中确立的以及下列术语和定义适用于本标准。

3.1.1固化后单层名义厚度nominalcuredplythickness

通过计算得到的复合材料层合板的单层厚度，数值上等于纤维材料面密度除以纤维材料体积密度和

纤维体积含量之积。

3.1.2条件冲击能量specifiedimpactenergy