纤维增强塑料复合材料 层合板厚度方向性能的测定 第1部分：直接拉伸和压缩试验 征求意见稿

5GB/T41762.1—XXXX/ISO20975-1:2023纤维增强塑料复合材料层合板厚度方向性能的测定第1部分：直接拉伸和压缩试验本文件规定了用矩形棱柱和/或腰形块状试样测定纤维增强塑料复合材料厚度方向性能（即强度、弹性模量、泊松比和破坏应变）的方法。该方法适用于各种排列和非排列、连续和非连续的纤维形式、热固性和热塑性的基体，厚度范围为20mm~40mm。本文件描述了三种试样类型。分别是：——I型，沿试样长度方向有固定的矩形截面。用于测定弹性性能的首选试样。——II型，沿试样长度方向有可变的腰形矩形截面。仅适用于测定拉伸强度值，是高度各向异性和热塑性材料的首选试样。——III型，沿试样标距长度方向有固定的腰形矩形截面。用于提供弹性和强度性能数据，是生成完整应力-应变响应的首选试样。I和II型试样也适用于非增强塑料，但不适用于刚性多孔材料和含有多孔材料的夹层结构。本文件给出了两种试验模式：——方法A，拉伸。——方法B，压缩。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；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。ISO291塑料试样状态调节和试验的标准环境（Plastics—Standardatmospheresforconditioningandtesting）注：GB/T2918—2018塑料试样状态调节和试验的标准环境（ISO29Fibre-reinforcedplastics—Methodsofproducingtestplates]注：GB/T27797（所有部分）纤维增强塑料试验板制备方法[ISO1268（所有部分）]ISO2602试验结果的统计处理和解释平均值的估计置信区间（Statisticalinterpretationoftestresults—Estimationofthemean—Confidenceinterval）ISO5893橡胶和塑料试验设备拉伸、弯曲和压缩型（恒速驱动）规范[Rubberandplasticstestequipment—Tensile,flexuralandcompressiontypes(constantrateoftraverse)—Specification]注：GB/T17200—2008橡胶塑料拉力、压力和弯曲试验机（恒速驱动）技术规范（ISO5893:2002，IDT）ISO7500-1金属材料静力单轴试验机的检验与校准第1部分：拉力和（或）压力试验机测力系统的检验与校准（Metallicmaterials—Calibrationandverificationofstaticuniaxialtestingmachines—Part1:Tension/compressiontestingmachines—Calibrationandverificationoftheforce-measuringsystem）注：GB/T16825.1—2022金属材料静力单轴试验机的检验与校准第1部分：拉力和（或）压力试验机测力系统的检验与校准（ISO7500-1:2018，IDT）6GB/T41762.1—XXXX/ISO20975-1:20233术语和定义下列术语和定义适用于本文件。ISO和IEC维护的用于标准化的术语数据库地址如下：——ISO在线浏览平台：/obp——IEC电子开放平台：/3.1拉伸应力tensilestress33T试样在任何特定时刻由拉伸载荷除以试样中间长度处初始横截面积获得的应力。3.2拉伸破坏应力或强度tensilefailurestressorstrength33TM失效时或载荷达到最大值时的拉伸应力（3.1）。3.3拉伸破坏应变tensilefailurestrain33TM拉伸破坏应力或强度（3.2）下的厚度方向应变。3.4拉伸弹性（弦线）模量modulusofelasticity(chord)intensionE33T模量。3.5压缩应力compressivestress33C试样在任何特定时刻由压缩载荷除以试样中间长度处初始横截面积获得的应力。3.6压缩破坏应力或强度compressivefailurestressorstrength33CM失效时或压缩载荷达到最大值时的压缩应力（3.5）。3.7压缩破坏应变compressivefailurestrain33CM压缩破坏应力或强度（3.6）下的厚度方向应变。3.87GB/T41762.1—XXXX/ISO20975-1:2023压缩弹性（弦线）模量modulusofelasticity(chord)incompressionE33C模量。3.9泊松比Poisson’sratiov在纵向与法向应变曲线的初始线性部分内，垂直于加载方向的两个轴中的一个轴上的应n与加载方向上的相应应变ε的负比值。3.10试样坐标轴specimencoordinateaxes1，2，3纤维优先排列在一个方向上的材料坐标轴。图1显示试样坐标轴的纤维增强复合材料板4原理沿试样主轴匀速施加拉伸或压缩载荷，对于II型（仅拉伸）和III型试样，直至试样断裂，对于I型试样，直至试样达到规定的应变极限或载荷。载荷和应变（或位移）的测量取决于所使用的方法。在拉伸过程中，试样通过两根金属（铝或不锈钢）加载杆进行端部加载，加载杆粘接在试样两端。在压缩过程中，试样在两个淬硬钢平行压板之间进行端部加载。试样（仅III型）发生局部剪切破坏。本方法所用的试样可以由产品的平面区域加工制成，也可由模塑料、层压板、挤压或浇铸板材等半成品加工制成，还可由根据ISO1268制造的试验板制成。本方法规定了每种试样的首选尺寸。对其他尺寸的试样或在不同条件下制备的试样进行8GB/T41762.1—XXXX/ISO20975-1:2023测试，可能会产生不可比较的结果。测试速度和试样状态调节等其他因素也会影响测试结果。因此，当需要比较数据时，应仔细控制和记录这些因素。5仪器设备5.1试验机5.1.1通则试验机应符合ISO5893（视情况而定）的规定。试验机应能保持要求的试验速度（见9.6）。5.1.2载荷和应变指示器根据ISO7500-1，指示载荷的误差不应超过施加满载的±1%，指示应变的误差不应超过±2%。5.2应变计和应变采集应变应仅通过应变计测定。为达到最高精度，应在试样的所有4个面上测量应变（仅适用于I型和III型）。应变计的有效长度不应超过2mm。应选择合适的应变片、表面处理方式和粘接剂，以充分测试出被测材料的性能，并采用合适的应变记录设备。应变记录设备宜具有8个通道，其中4个通道宜用于测量4个表面上的轴向应变，4个通道宜用于测量4个表面上的横向应变。5.3千分尺应使用分度值小于或等于0.01mm的千分尺或同类仪器来测量试样中部的横截面尺寸。砧座形状应与被测试样表面相适应（即平面对平整的表面，半球面对不规则的表面）。5.4加载夹具5.4.1通则加载装置应能使试样达到9.10中对试样允许弯曲的要求。拉伸试验宜使用液压夹具。所用夹具应按第12章进行标识。所有试验方法和试样类型的主要设计要点是对齐（初始和整个试验过程）和防止试样末端失效。使用液压夹具已被证明是一种实现可接受和可重复对齐的方式（见9.10）。5.4.2方法A-拉伸加载拉伸加载杆应符合或类似于图2所示。通过粘合的加载杆将载荷直接施加到试样的端部。加载杆应由铝或不锈钢制成，接触面应平整，平行度在±0.01mm以内。图2方法A示意图-拉伸加载布置5.4.3方法B-压缩加载压缩加载应在试验机压板上的硬化表面或模具组之间进行（见图3）。接触面应平整，平行度在±0.01mm以内。9GB/T41762.1—XXXX/ISO20975-1:2023标引序号说明：1——模具；2——淬火和磨削的加载板。图3方法B示意图-压缩加载6试样6.1形状和尺寸6.1.1I型试样试样形状应为直边矩形截面（见图4），尺寸如表1所示。单位为mmGB/T41762.1—XXXX/ISO20975-1:2023单位为mm6.1.2II型试样试样应具有沿试样整个标距长度延伸的圆形轮廓（见图5）。标距长度的曲率半径R应为30mm。沿整个试样长度的横截面为正方形，但横截面积不同。尺寸如表2所示。单位为mm图5II型试样示意图表2II型试样尺寸单位为mm中段深度b6.1.3III型试样试样应具有沿试样整个标距长度延伸的恒定矩形横截面（见图6）。尺寸如表3所示。单位为mmGB/T41762.1—XXXX/ISO20975-1:2023图6III型试样示意图表3III型试样尺寸单位为mm中段深度b6.1.4非标准试样可使用厚度小于40mm的试样，但所有线性尺寸的比例应符合h/40。可使用厚度大于40mm的试样，但前提是试样不按40mm试样的量规截面几何形状进行缩放，并分别延长I型、II型和III型试样的16mm或25mm方形截面的长度。由于处理（加工和测试）困难，宜使用最小厚度为20mm的试样。6.2试样制备6.2.1通则用于加工试样的面板应按照ISO1268的相关部分或其他规定/商定的程序制备。单个试样或一组试样应加工至所需尺寸。ISO2818中规定了一些加工参数。有关切割试样的进一步指导，见ISO527-4:2021的附录A、ISO2818和参考文献[4]。建议使用预成型金刚石砂轮或WA60砂轮来加工所需的试样轮廓。建议在加工过程中使用合适的冷却液，以尽量减少对材料的损坏。GB/T41762.1—XXXX/ISO20975-1:20236.2.2平行度对每个试样的加载端进行加工，使其彼此平行，并垂直于试样的加载轴。加载区域的平行度允许偏差为整个基底宽度的0.1%。沿试样长度方向的平行度公差不得超过初始长度的1%。对于层压复合材料，各层的“表观”平面应与加载面平行。避免在试样中产生大量热量积聚的条件下工作。建议使用冷却液，并在加工后立即干燥试样。6.2.3方法A端部加载块的应用–仅限拉伸应使用夹具将端面加载块粘接到试样上，使端面加载块与试样保持良好的轴向对齐。应按照粘接剂制造商的说明（如有）进行表面处理和粘接。允许使用带有拉钉的金属加载杆，拉钉与所有类型试样端部的圆形凹槽对齐（见图6）。这为改善粘接加载杆的对准提供了一种方法。不过，并不强制要求使用带有拉钉的加载杆以及带有相应凹槽的试样，而且只能用于拉伸测量。6.3检查试样应无扭曲，应具有相互垂直的成对平行表面。表面和边缘应无划痕、凹坑、麻点和毛刺。为检查试样是否符合这些要求，应至少通过直尺、直角尺和平板进行目视观测，并用千分尺进行测量。经目测或测量，试样有一项或几项不符合要求时，应舍弃不符合要求的试样或在测试前再加工以满足形状和尺寸要求。7试样数量应测试至少五个试样，给出有效的弹性模量测量值和/或失效模式。如需更精确的平均值，试样数量可多于五个。可通过置信区间（95%置信区间，见ISO2602）来评估。根据9.10，未在标距截面内失效的试样，其试验结果应被舍弃，并重新替换一个新试样。8状态调节试样应按照被测材料的国际标准进行状态调节。如没有规定，从ISO291中选择最合适的条件，除非相关方另有规定，例如在高温或低温下进行试验。ISO291中的推荐条件是标准环境23/50。9试验程序9.1试验环境在国际标准中规定的大气中进行试验。如果没有此信息，则从ISO291中选择最合适的条件，除非相关方另有约定，例如在高温或低温下进行测试。ISO291中的首选条件是标准大气压23/50。9.2试样尺寸测量每个试样的宽度a和深度b，精确到试样中间长度的0.01mm。9.3试样制备方法A–仅拉伸将金属加载杆粘结到试样上，确保试样和加载杆之间的良好轴向对齐。确保试样和加载杆之间的接合线处没有溢出圆角。GB/T41762.1—XXXX/ISO20975-1:2023建议使用对准夹具将加载杆连接到试样上，并检查测试设备的轴向对准。9.4应变记录连接应变仪并使用必要的应变记录设备。需要进行四次应变测量（试样的每个面上一次以确定未发生柱弯曲。应变计的有效长度应为2mm或更小，该应变计应位于试样的中心。当对面的应变快速增加时，如果一面上的应变反向（减小），则可以检测到弯曲。测量泊松比需要双轴应变计。如果只测量模量和破坏应变，则应使用单轴应变计。在大多数测试情况下，氰基丙烯酸酯粘合剂通常适用于应变仪的粘接，但是，如果测试条件需要，也可以使用其他粘合剂。应使用应变仪制造商（如适用）针对所选特定应变仪和粘接技术推荐的安装程序粘接应变仪。9.5试样对齐9.5.1方法A-张力使用9.10中给出的计算结果，将带有加载杆的试样安装在待使用的试验机中，并检查弹性区域中的应变数据是否表明每批第一次试验的对齐良好。9.5.2方法B-压缩将试样安装在要使用的压缩夹具中，并使用9.10中给出的计算结果，检查弹性区域中的应变数据是否表明每批第一次试验的对齐良好。9.6试验速度，v通过将十字头位移率调整为1mm/min±0.2mm/min来设置测试速度。9.7数据收集在可行的情况下，使用自动记录系统连续记录荷载和应变（或变形该系统可为该操作生成完整的荷载/位移曲线。9.8最大载荷记录试验期间试样承受的最大载荷。仅对于I型试件，一旦达到0.3%的应变，应停止试验。9.9失效模式记录失效模式。9.10试验验收检查测试是否有效。只有在量规部分（而不是试样端部）发生故障时，测试才有效。方法A（张力）的端部和接合线故障是不可接受的。如果在失效载荷的10%和90%之间，记录在试样各面上的应变之间的差异如下，则弯曲是可接受的：其中，ε33a和ε33b是试样相对面上的一组轴向应变，ε33c和ε33d是另一组相反的轴向应变。10结果表达GB/T41762.1—XXXX/ISO20975-1:202310.1方法A-拉伸10.1.1拉伸强度使用以下公式计算抗拉强度σ33TM，单位为兆帕：式中：Fmax——是最大载荷，单位为牛顿；a——是试样的宽度，单位为毫米；b——是试样的深度，单位为毫米。10.1.2拉伸模量使用公式（图7）计算拉伸模量E33T，单位为兆帕：式中：L——是标距长度，单位为毫米；△L——是应变差(ε“T=0.0025减去εT=0.0005）△F——是对应于应变差的载荷增量，单位为牛顿；a——是试样的宽度，单位为毫米；b——是试样的深度，单位为毫米；——是拉伸应力=0.0025，单位为兆帕；——是拉伸应力=0.0005，单位为兆帕。10.1.3拉伸破坏应变计算拉伸破坏应变，ε33TM的平均纵向应变。10.2方法B-压缩10.2.1压缩强度使用以下公式计算抗压强度σ33CM，单位为兆帕：式中：Fmax——是最大压缩载荷，单位为牛顿；a——是试样的宽度，单位为毫米；b——是试样的深度，单位为毫米。10.2.2压缩模量使用以下公式计算压缩模量E33C，单位为兆帕：GB/T41762.1—XXXX/ISO20975-1:2023L——是标距长度，单位为毫米；△L——是应变差(ε“C=0.0025减去ε'C=0.0005）对应的标距长度的减少，单位为毫米；△F——是对应于应变差的载荷增量，单位为牛顿；a——是试样的宽度，单位为毫米；b——是试样的深度，单位为毫米； 是=0.0025，单位为兆帕；——是=0.0005，单位为兆帕。10.2.3压缩破坏应变计算压缩破坏应变，ε33CM，根据失效时的平均纵向应变。计算泊松比v31和v32处于拉伸或压缩状态；ε’3——是对应于500微应变的3-1个试样表面上的平均轴向应变；ε’’3——是对应于2500微应变的3-1个试样表面上的平均轴向应变；ε’4——是对应于500微应变的3-2个试样表面上的平均轴向应变；ε’’4——是对应于2500微应变的3-2个试样表面上的平均轴向应变；10.4统计分析使用ISO2602中给出的程序计算测试结果的算术平均值，如果需要，计算平均值的标准偏差和95%置信区间。11精密度附录A中提供了使用III型试件进行拉伸和压缩测量验证时获得的测试材料和精度数据。12试验报告GB/T41762.1—XXXX/ISO20975-1:2023测试报告应包括以下信息：a)对本文件的引用；表明使用的试验方法（即拉伸或压缩）b)测试材料的完整标识，包括类型、来源、制造商代码、形式和以前的历史（如果已知以及样本类型（I、II和III）。c)试样制备的所有相关信息，包括切割/测试方向的信息；d)测量日期和操作员姓名；e)所用夹具的完整标识和说明；f)试样的制备方法；g)试样尺寸；h)试验条件和试验速度，以及调节程序（如适用）；i)测试样本的数量；j)测试速度；k)根据需要进行单独测量，包括强度、模量和泊松比；l)单个结果的平均值；m)获得的故障类型；n)平均值的标准偏差和95%置信区间（如果需要）。GB/T41762.1—XXXX/ISO20975-1:2023（资料性）精密度数据A.1实验室间比对试验进行了实验室间比较（ILC）[1]，以生成支持III型试样几何结构的精度数据。根据ISO5725-2[4]进行了ILC演习，并对结果进行了分析。国际上参与了全厚度拉伸（6名参与者）和压缩（7名参与者）评估阶段，结果产生了两种材料的重复性和再现性数据；单向碳纤维增强环氧树脂系统和编织玻璃纤维增强环氧系统。这些数据支持III型试样用于测量全厚度特性的稳健性和适用性。A.2精密度数据测试了以下材料：材料1UD碳纤维/环氧树脂材料2编制玻璃纤维/环氧树脂表A.1材料1的重复性、再现性和平均值rrRRTSr——重复性标准偏差：在重复性条件下获得的测试结果的标准偏差。r——在重复性条件下获得的两个单一测试结果之间的绝对差值可能低于该值，概率为95%。SR——是再现性标准偏差：在再现性条件下获得的试验结果的标准偏差。R——再现性值：在再现性条件下获得的两个单一试验结果之间的绝对差值可能低于该值，概率为95%。表A.2材料2的重复性、再现性和平均值rrRRTGB/T41762.1—XXXX/ISO20975-1:2023表A.3材料1的重复性和再现性（以平均值百分比表示）rrRRT13142639441426134表A.4材料2的重复性和再现性（以平均值百分比表示）rrRRT3738453426382643852648GB/T41762.1—XXXX/ISO20975-1:2023参考文献[1]GowerM.R.L,Pemberton,R,ShawR,Edser,DandSims,G.D.,AnInterlabor