Настоящий стандарт распространяется на полимерные композиты и устанавливает метод определения двумерных механических характеристик при изгибе "сэндвич"-конструкций при воздействии распределенной нагрузки.

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 56783-2015 Композиты полимерные. Определение механических характеристик при сжатии материала внутреннего слоя "сэндвич"-конструкции перпендикулярно к плоскости образца (ASTM С365/С365М-11а Стандартный метод определения свойств при сжатии параллельно плоскости "сэндвич"-конструкции)

ГОСТ 6507-90 Микрометры. Технические условия

ГОСТ 6616-94 Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия

ГОСТ 32794-2014 Композиты полимерные. Термины и определения

ГОСТ Р 51254-99 (ИСО 6789-92) Инструмент монтажный для нормированной затяжки резьбовых соединений. Ключи моментные. Общие технические условия

ГОСТ Р 53228-2008 Весы неавтоматического действия. Часть 1. Метрологические и технические требования. Испытания

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 32794.

Сущность метода заключается в том, что свободно опираемый по контуру образец нагружают распределенной нагрузкой, создаваемой эластичным баллоном заполненным водой, и измеряют изгиб и растяжение. По результатам испытания определяют жесткость при изгибе и жесткость при сдвиге.

5.1 Испытания проводят на универсальной испытательной машине, обеспечивающей нагружение образца с заданной постоянной скоростью перемещения активного захвата и измерение нагрузки с погрешностью не более 1%.

5.2 Приспособление для испытания, конструкция которого приведена на рис. 1, состоит из:

- верхней части, представляющей жесткую раму, соединенную с четырьмя опорами;

- нижней части, представляющей жесткую раму.

5.2.1 Диаметр опорных подшипников должен быть (12,7±1,0) мм. Вместо опорных подшипников допускается использовать стержни, радиус закругления которых должен быть (6,35±1,00) мм.

Рабочие поверхности опорных подшипников должны быть гладкими, без трещин и следов коррозии и лежать в одной плоскости.

5.2.2 Болтами крепления регулируют расстояние между верхней и нижней частями приспособления для испытания, таким образом, чтобы образец был свободно опираемым.

5.2.3 Приспособление для испытания должно обеспечивать условие свободного опирания образца при испытании. Примеры приспособлений для испытаний приведены на рисунках А.1 и А.2 (приложение А).     

     
а - расстояние между опорными подшипниками; 1 - болты крепления, соединяющие верхнюю и нижнюю части приспособления для испытания; 2 - верхняя часть приспособления для испытания; 3 - датчик перемещения; 4, 5 - опорные подшипники; 6 - нижняя часть приспособления для испытания

     
Рисунок 1 - Приспособление для испытания

5.3 Эластичный баллон, изготовленный из герметичного материала, например прорезиненной ткани, заполненный жидкостью (водой или другой несжимаемой жидкостью) и выдерживающий внутреннее давление жидкости, возникающее при проведении испытаний.

Размеры эластичного баллона выбирают в зависимости от внутренних размеров нижней части приспособления для испытания так, чтобы во время испытаний эластичный баллон не соприкасался с нижней частью приспособления для испытаний, при этом пятно контакта эластичного баллона с образцом должно полностью повторять контур образца.

5.4 Для измерения давления внутри эластичного баллона используют манометры с погрешностью не более 1% от измеряемой величины.

5.5 Для измерения упругой деформации (прогиба) образца используют преобразователи линейного перемещения с погрешностью не более 1% от измеряемой величины.

5.6 Для регистрации деформаций (растяжения верхней грани образца) используют приборы, обеспечивающие измерение деформаций с погрешностью не более 1% предельного значения измеряемой величины.

Могут быть использованы тензопреобразователи сопротивления, параметры которых должны отвечать следующим требованиям: номинальная база - 3 мм, напряжение - 1 В или 2 В, сопротивление - не менее 350 Ом.

Примечания - Под верхней гранью образца в настоящем стандарте понимают боковую поверхность образца, образованную материалом внешнего слоя образца, на которую воздействует нагрузка, под нижней гранью - боковую поверхность образца, образованную материалом внешнего слоя образца, противоположную нагружаемой.

5.7 Ключ моментный по ГОСТ Р 51254.

5.8 Микрометр по ГОСТ 6507, обеспечивающий измерение с точностью ±0,025 мм.

5.9 Весы по ГОСТ Р 53228 с погрешностью измерений не более 0,1 г.

5.10 Преобразователи термоэлектрические класса 1 по ГОСТ 6616.

5.11 Для предотвращения разрушения верхней грани образца используют металлические пластины толщиной 1,6 мм, длиной 1/3, где - длина или ширина образца. Ширина металлических пластин зависит от расстояния между опорными подшипниками (см. рисунок 2).

Металлические пластины располагают на образце, как показано на рис.2.     

     
а - расстояние между опорными подшипниками; 1 - металлические пластины; 2 - грани образцов, подверженные разрушению

     
Рисунок 2

6.1 Подготовка образцов

6.1.1 Для определения двумерных механических характеристик при изгибе "сэндвич"-конструкций используют один образец, если иное не установлено в нормативном документе или технической документации.

6.1.2 Образцы изготовляют механической обработкой из готовых изделий или полуфабрикатов или путем склеивания исходных материалов, образующих материалы внутреннего и внешнего слоев "сэндвич"-конструкции.

Условия и метод изготовления образцов, механическая обработка, место и направление их вырезки указывают в нормативном документе или технической документации на испытуемое изделие.

6.1.3 Если материал внутреннего слоя образца имеет модуль упругости при сжатии не более 300 МПа по ГОСТ 56783, по контуру образца между верхней и нижней гранью устанавливают деревянные бруски с модулем упругости при сжатии не менее 2240 МПа. Толщина деревянных брусков должна быть равна толщине внутреннего слоя образца, ширина - 0,016, где - расстояние между опорными подшипниками.

6.1.4 Образцы должны иметь ровные поверхности, без сколов, трещин, расслоений и других дефектов, заметных невооруженным глазом.

Все поверхности образцов должны быть плоскими, взаимно перпендикулярными и параллельными.

6.1.5 Толщина образца должна быть равна толщине изделия и при этом должно выполняться условие

,                                                                     (1)

где - среднее значение толщины образца, мм.

Среднее значение толщины образца вычисляют по пяти значениям толщины, измеренным в центре образца и посередине каждой стороны образца.

6.1.6 Длина и ширина образца должны быть (1,017±0,0025) мм.

Разница между длинами диагоналей образца должна быть не более 0,005.

6.2 Условия кондиционирования, хранения и испытания

6.2.1 Образцы кондиционируют до постоянной массы (±1%) и испытывают при температуре (23±3)°С и относительной влажности (50±5)%, если иное не установлено в нормативном документе или технической документации на изделие.

6.2.2 Образцы хранят при тех же условиях окружающей среды, при которых проводилось кондиционирование.

6.3 Перед испытанием измеряют толщину образца, как в 6.1.5, длину и ширину образца - в трех местах: по краям и в середине. Среднее значение толщины, длины и ширины образца записывают в протокол испытаний.

6.4 Маркируют образцы краской, мягким карандашом или перманентым маркером. Маркировка должна обеспечивать идентификацию верхней и нижней граней образца.

Примечание - Под нижней гранью образца в настоящем стандарте понимают боковую поверхность образца, образованную материалом внешнего слоя образца, на которую воздействует нагрузка, передаваемая от эластичного баллона, под верхней гранью - боковую поверхность образца, образованную материалом внешнего слоя образца, противоположную нагружаемой.

7.1 Перед испытанием на испытательной машине устанавливают приспособление для испытания.

7.2 К неподвижной верхней траверсе испытательной машины крепят датчик нагрузки, к которому крепят верхнюю часть приспособления для испытания, как показано на рис.3.

7.3 К верхней части приспособления для испытания крепят преобразователь линейного перемещения таким образом, чтобы измерительный наконечник преобразователя линейного перемещения был размещен точно по центру образца.

7.4 На подвижной траверсе испытательной машины устанавливают опорную плиту под эластичный баллон. Размеры опорной плиты должны быть больше эластичного баллона не менее чем в полтора раза.

7.5 На опорной плите размещают эластичный баллон таким образом, чтобы края эластичного баллона были параллельны краям верхней части приспособления для испытания.

7.6 Сверху на эластичный баллон укладывают фанеру толщиной не менее 21 мм и длиной и шириной достаточной для поддержки нижней части приспособления для испытания.

7.7 Устанавливают нижнюю часть приспособления для испытания на фанеру.

7.8 В нижнюю часть приспособления для испытаний помещают образец. Выравнивают образец относительно краев нижней части приспособления для испытаний.

7.9 Размещают на образце металлические пластины, как показано на рисунке 2, а также приборы для регистрации деформации (растяжения верхней грани образца).

7.10 По центру образца размещают деревянную или пластиковую пластину толщиной 3 мм, длиной и шириной 32 мм, которая служит платформой для измерительного наконечника преобразователя линейного перемещения.     

    
1 - датчик нагрузки; 2 - болты крепления, соединяющие верхнюю и нижнюю части приспособления для испытания; 3 - верхняя часть приспособления для испытания; 4 - датчик перемещения; 5 - опорные подшипники; 6 - образец; 7 - нижняя часть приспособления для испытания; 8 - эластичный баллон; 9 - опорная плита под эластичный баллон; 10 - подвижная траверса испытательной машины; 11 - манометр

     
Рисунок 3 - Схема испытания

       7.11 Обнуляют датчик нагрузки.

7.12 Приводят в действие подвижную траверсу до сближения верхней и нижней частей приспособления для испытания на расстояние 5-6 мм.

       7.13 Затягивают болты крепления таким образом, чтобы между верхней и нижней частями приспособления остался зазор.

7.14 Проверяют размещение металлических пластин.

7.15 Опускают подвижную траверсу.

7.16 Убирают фанеру (см. 7.6).

  7.17 Подключают к эластичному баллону манометр.

7.18 Приводят в действие подвижную траверсу и прикладывают к образцу нагрузку 22 Н. Центрируют эластичный баллон относительно краев приспособления для испытания.

7.19 Затягивают болты при крутящем моменте, определенном в соответствии с 7.19.1-7.19.7.

   7.19.1 Затягивают болты при крутящем моменте 1,8 Н·м.

7.19.2 Приводят в действие подвижную траверсу и прикладывают к образцу нагрузку 44 Н. Обнуляют манометр и преобразователь линейного перемещения.

7.19.3 Записывают крутящий момент.

7.19.4 Нагружают образец со скоростью 1 мм/мин до значения, равного , где 1 мм. Записывают значение давления в эластичном баллоне, прогиб панели и деформацию образца с частотой не менее трех измерений в секунду. Строят график зависимости давления от деформации.

        7.19.5 Увеличивают крутящий момент на 1,8 Н·м.

7.19.6 Повторяют операции по 7.19.2-7.19.4. Сравнивают углы наклона построенных графиков.

  7.19.7 Если разница между углами наклона графика более 1%, снимают нагрузку с образца, повторяют операции по 7.19.5-7.19.6.

7.19.8 Если разница между углами наклона графика менее 1%, записывают крутящий момент и используют его в дальнейших испытаниях, снимают нагрузку с образца.

7.20 При установлении зависимости прогиба от давления/нагрузки повторяют операции по 7.19.2-7.19.4. Уменьшают нагрузку на образец до 44 Н и записывают показания преобразователя линейного перемещения (значение остаточной деформации), а также время измерения остаточной деформации.

7.21 Снимают нагрузку с образца и повторяют операции по 7.20 от семи до десяти раз.

7.22 При определении прочности образца приводят в действие подвижную траверсу и прикладывают к образцу нагрузку 44 Н, обнуляют манометр и преобразователь линейного перемещения и записывают крутящий момент. Нагружают образец с такой скоростью, чтобы разрушение образца происходило в интервале от 10 до 20 мин, записывая значение давления в эластичном баллоне, прогиб панели и деформацию образца с частотой не менее 3 измерения в секунду.

После разрушения уменьшают нагрузку на образец до 44 Н и записывают показания преобразователя линейного перемещения (значение остаточной деформации), а также время измерения остаточной деформации.

  7.23 Если разрушение образцов происходит на расстоянии от опорных подшипников, не превышающем толщину образца, или разрушение произошло вследствие дефекта образца, результаты не учитывают и проводят повторные испытания на новом образце.

Результаты испытания учитывают, если характер разрушения образца соответствует одному из следующих:

- сдвиг материала внутреннего слоя "сэндвич"-конструкции;

- отслаивание верхней или нижней грани от материала внутреннего слоя "сэндвич"-конструкции;

- разрушение при растяжении верхней грани.     

  8 Обработка результатов

8.1 Применение свободно опертой границы позволяет использовать при обработке результатов испытания решение уравнения Навье (двойной ряд Фурье).

  8.2 Жесткость при сдвиге , Н/мм, вычисляют по формуле

,                                                                (2)

где - константа из решения уравнения Навье, Н·мм;

- константы из решения уравнения Навье, Н;

- значение прогиба панели, мм;

- жесткость при изгибе, Н·мм.

  8.3 Жесткость при изгибе , Н·мм, вычисляют по формуле

,                                                                (3)

где - толщина внутреннего слоя "сэндвич"-конструкции, мм;

- толщина внешнего слоя "сэндвич"-конструкции, мм;

- относительное удлинение, измеренное вдоль длины образца;

- относительное удлинение, измеренное вдоль ширины образца.

  8.4 Константу из решения уравнения Навье , Н·мм, вычисляют по формуле

,                  (4)

где - давление внутри эластичного баллона, МПа;

- расстояние между опорными подшипниками, мм;

- количество включенных членов ряда;

- коэффициент, мм.

 Константу из решения уравнения Навье, Н, вычисляют по формуле

.                       (5)

Коэффициент , мм, вычисляют по формуле

,                                                            (6)

где - эффективная площадь области действия нагрузки, мм.

Эффективную площадь области действия нагрузки вычисляют по формуле

,                                                                    (7)

где - общая нагрузка на образец, Н.

8.5 Для обеспечения сходимости ряда значение должно быть не более 20.

Сходимость указывают, если выполняется условие

,                                                             (8)

где - сумма ряда с членами;

- предварительно определенная разность (как правило, 0,01).

  8.6 Для ортотропных облицовочных пластин необходимо вычислить три значения жесткости при изгибе, а для ортотропного внутреннего слоя - два значения. Таким образом, получают пять уравнений для пяти неизвестных значений жесткости.

       9 Протокол испытания

Результаты проведения испытаний оформляют в виде протокола, который должен содержать:

- ссылку на настоящий стандарт;

- описание "сэндвич"-конструкции, включая: тип, обозначение, присвоенное изготовителем, номер партии;

- описание внешнего слоя;

- описание внутреннего слоя "сэндвич"-конструкции, включая: дату начала изготовления, дату окончания изготовления, характеристику процесса изготовления, описание используемого оборудования;

- информацию о подготовке и маркировке образца;

- геометрические параметры образца;

- массу образца;

- сведения об используемом оборудовании для испытаний;

- условия кондиционирования и испытания;

- расстояние между опорными подшипниками;

- скорость перемещения активного захвата;

- крутящий момент затяжки болтов крепления;

- жесткость при сдвиге;

- жесткость при изгибе;

- график зависимости давления от деформации;

- зависимость прогиба от давления/нагрузки;

- режим и место разрушения образца;

- дату проведения испытания.