纤维增强塑料复合材料III型层间断裂韧性的测定 编制说明

1二、国家标准编制意义、编制原则和确定国家标准制定的主要内容5 七、与现行相关法律、法规、规章及相关标准，特别是强制性标准 17 18十、贯彻标准的要求和措施建议（包括组织措施、技术措施、过渡 18 1本文件是根据国家标准化管理委员会国标委发【2023】58号《国家标准化管理委员会关于下达2023年第三批推荐性国家标准计划及相关标准外文版计划性的测定》国家标准计划项目启动会在河北工业大学国家大学科技园成功举办。2究院调研，深入了解复合材料结构设计对层合板据的具体需求。经过此次调研，我们意识到复合材料结构设计对层合板I型-III扇叶片、直升机旋翼）的出现，实际结构中III型分层现象越来越多，而目前缺以及I型-III型混合型分层扩展表征、评价和预测方法材料结构在复杂载荷下高精度数值仿真分析和3司取回该批次试件，并对爱思达公司生产的该批次试件采用超声C扫的方式进4有关规定，形成了《纤维增强聚合物基复合材料层板I-III混合型层间断裂韧性5表1标准工作组分工及承担的工作分工具体工作职责及工作内容承担单位牵头统筹安排标准制定工作河北工业大学标准编写标准文本、编制说明等附件材料河北工业大学、重庆大学试验数据的收集河北工业大学重庆大学北京航空航天大学调研报告河北工业大学试验件制备I-III混合型试验件的制备天津爱思达新材料科技有限公司中国科学院宁波材料技术与工程研究所试验验证试验验证及数据分析重庆大学河北工业大学北京航空航天大学表2起草人分工及所做工作人员任务分工赵丽滨、龚愉、高原、刘丰睿、王雅娜、张海雁、唐占文、刘千、杨胜春、宋贵斌、贾若迪负责标准及编制说明、意见汇总处理表及验证报告等的编写、试验方案确定及组织协调赵丽滨、龚愉、高原、王雅娜协调参编单位的组织协调，技术指导刘千、韩宇、丁常方试验件的加工、制备李兆斌、高玉婷、杨年欢、邹罗欢、田顶力、田立恒、唐伟、戴尚秋、王云龙、张任、贾若迪验证试验张海雁、杨胜春、赵丽滨、龚愉、高原、贾若迪标准技术内容研讨，提出修改建议6间断裂韧性值（G1C）最低而最危险，II型分层与决定复的冲击后压缩性能密切相关，III型则往往与结构受到扭转载荷的工况相关。在合材料I型-III型混合层间断裂韧性的测试方法，设行设计、分析时往往仅考虑I型和II型分层而忽视III型分层的存在。但是，随7为制约复杂复合材料结构在复杂载荷下高精度数值仿真分析和设计的一个瓶颈问题。为此，亟需制定复合材料层板I型-III型混合层间断裂韧性以便对I型-III型混合层间断裂韧性进行准确表征与评价，目前国内外制定了一系列复合材料层间断裂韧性的方法，例如ASTM制定了复合材料层板I型、II型和I型-II型混合层间断裂韧性的试验标准，分别是GB/T39484-2020等。湿热下复合材料I型层间断裂韧性的测试方法HB现有的I型-III型混合层间断裂韧性的测试方法主要集中于两类测试。一类是基于现有I型测试方法和III型撕裂悬臂梁测试方法（SCB，SplitCantileverBeam）的组合来实现I型-III型混合分层。另一类是由III型边缘裂II型分层分量的参与，也无法解决不可避免的边缘效应，即无法保证裂纹前沿8除边缘效应，确保分层模式是纯III型，并且得到数值模拟结果的验证。同时，韧性的测试方法，一方面可以满足工程对I型-III型混ISO5893橡胶和塑料试验机拉伸、弯曲和压缩型（恒速转动）技术指标(Rubberandplasticstestequipment(constantrateoftraverse)—Specification)GB/T27797.1纤维增强塑料试验GB/T28891-2012纤维增强塑料复合材料单向增强塑料I型层间断裂韧步提升我国复合材料I型-III型混合层间断裂3、符合我国发展核心关键复合材料综合应9环状加载区域内圆环直径为2b。由于试件粘接层数不同，推荐试件厚度在3图1聚四氟乙烯薄膜嵌入示意图（A图为圆形试件，B图为方形试件）表3铺层设计试件编号材料铺层界面角层数M1-40-25-S1碳纤维平衡编织(45/0/0/45/0/45/45/0)//crack//(0/45/45/0/45/0/0/45)0//08+8M1-40-25-S1(圆形)M2-40-25-S1玻璃纤维平衡编织M3-40-25-S6碳纤维单(0/90/45/-45/90/-45/45/0/0/-45/45/90/45/-45/90/0)//crack//(0/90/-45/45/90/45/-45/0/0/45/-45/90/-45/45/90/0)16+16图2夹具示意图图3试样/夹具组合件的装配试验件的加载形式为：采用试验机夹头对试样-夹具的组合件进行夹持，如使试件出现I型-III型混合层间断裂。同时确图4试样-夹具组合件加载示意图标引序号说明：1——试验机夹头；2——加载轴；3——固定螺栓；4——加载板；6——试件。象严重的试件建议弃用。此外，使用超声C扫对裂纹区域进行扫描观察，对有拉伸-扭转位移速率将扭矩和拉力施加到试样上，扭变化，Δu为拉伸位移变化，ΔT为扭矩载荷变化，Δα为扭转角变化。234fI1++-0.363()+0.731()l·······23423452345加载轴与试验机夹头之间的打滑现象，因此要式可能由I型主导或者III型主导。试样和粘接板之间的脱粘导致无法继续承载（1）不同材料体系的复合材料层间III型分层测试方法的适用性验证；图5不同实验室的现场照片3.1I-III混合型层间断裂韧性测试数据数据结果如表3所示、载荷-位移曲线如图6-8所示、断口照片如图9所示。表3M1-40-25-S1试件I-III混合型分层测试结果测试单位：重庆大学试件编号厚度H(mm)裂纹直径d(mm)最大载荷Tmax(N.m)/Pmax(N)等效模量G(Mpa)/E(Mpa)断裂韧性GIIIC(N/mm)/GIC(N/mm)混合比Y3.4649.54265.58/1086.219478/89000.4170/0.72850.36403.3249.30265.14/783.989478/89000.4347/0.38610.52963.2449.90256.96/1077.319478/89000.3905/0.69820.3589平均值3.3449.58262.56/982.5/0.41/0.600.42标准差0.304.85/171.980.02/0.190.103.330.611.85/17.855.37/31.3723.34测试单位：河北工业大学试件编号厚度H(mm)裂纹直径d(mm)最大载荷Tmax(N.m)/Pmax(N)等效模量G(Mpa)/E(Mpa)断裂韧性GIC(N/mm)/GIIIC(N/mm)混合比Y2#-43.3649.98349.55/835.249478/89000.7035/0.41730.62772#-53.4149.28347.35/870.019478/89000.7370/0.47620.60752#-63.4349.42356.58/856.389478/89000.7639/0.45680.6258平均值3.4049.56351.16/853.88/0.73/0.450.62标准差0.040.374.82/17.520.030.030.010.751.37/2.054.12/6.67测试单位：北京航空航天大学试件编号厚度H(mm)裂纹直径d(mm)最大载荷Tmax(N.m)/Pmax(N)等效模量G(Mpa)/E(Mpa)断裂韧性GIC(N/mm)/GIIIC(N/mm)混合比Y3#-43.3850.70414.35/789.019478/89000.9205/0.35250.72313#-53.4449.17416.20/633.149478/89001.0643/0.25420.80723#-63.4250.01419.02/745.369478/89000.9987/0.33160.7507平均值3.4149.96416.52/722.50/0.99/0.310.76标准差0.030.772.35/80.410.07/0.050.040.900.56/11.137.24/16.565.64图6重庆大学获取的M1-40-25-S1试件载荷-位移曲线（A图为扭矩-扭转角曲线，B图为拉力-位移曲线）图7河北工业大学获取的M1-40-25-S1试件载荷-位移曲线（A图为扭矩-扭转角曲线，B图为拉力-位移曲线）图8北京航空航天大学获