ГОСТ Р 56808-2015

     

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КОМПОЗИТЫ ПОЛИМЕРНЫЕ

Метод определения межслоевой вязкости разрушения однонаправленно-армированных композитов

Polymer composites. Method for determination of interlaminar fracture toughness of unidirectional-reinforced composites

     

ОКС 19.020

Дата введения 2017-01-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") при участии Открытого акционерного общества "НПО Стеклопластик" (ОАО "НПО Стеклопластик") и Объединения юридических лиц "Союз производителей композитов" (ОЮЛ "Союзкомпозит") на основе официального перевода на русский язык англоязычной версии указанного в пункте 4 стандарта, который выполнен ТК 497

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 497 "Композиты, конструкции и изделия из них"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 ноября 2015 г. N 2065-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к стандарту АСТМ Д6671/Д6671 М-13 "Стандартный метод испытаний межслоевой вязкости разрушения по смешанной моде I+II для однонаправленных композитов с полимерной матрицей, армированных волокнами" (ASTM D6671/D6671 М-13 "Standard test method for mixed mode l-mode II interlaminar fracture toughness of unidirectional fiber reinforced polymer matrix composites", MOD) путем внесения технических отклонений, изменения структуры, дополнений отдельных пунктов для учета особенности объекта стандартизации, характерного для Российской Федерации.     

Дополнительные слова, фразы, ссылки, включенные в текст настоящего стандарта для учета потребностей национальной экономики Российской Федерации, выделены курсивом.

Положения, разделы и пункты примененного стандарта АСТМ, не включенные в основную часть настоящего стандарта, приведены в дополнительном приложении ДА.

В настоящем стандарте исключены ссылки на АСТМ: Д2651, Е6, Е122, Е177, Е456.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного стандарта АСТМ для увязки с наименованиями, принятыми в существующем комплексе национальных стандартов Российской Федерации.

Сопоставление структуры настоящего стандарта со структурой указанного стандарта АСТМ приведено в дополнительном приложении ДВ.

Сведения о соответствии ссылочных национальных и межгосударственных стандартов стандартам АСТМ, использованным в качестве ссылочных в примененном стандарте АСТМ, приведены в дополнительном приложении ДБ

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Апрель 2019 г.

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

     1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт распространяется на слоистые однонаправленные композитные материалы с полимерной матрицей, армированной непрерывными волокнами.

1.2 Стандарт устанавливает метод испытания на расслоение образца в виде двухконсольной балки (ДКБ) по границе раздела между слоями с определением характеристики вязкости разрушения по смешанной моде I+II (в условиях комбинированного нагружения отрывом и сдвигом). Вязкость разрушения представляет собой предел отношения изменения упругой энергии, накопленной в образце при его нагружении, к бесконечно малому приращению площади межслоевой трещины.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 166 (ИСО 3599-76) Штангенциркули. Технические условия
     
     ГОСТ 6507 Микрометры. Технические условия
     
     ГОСТ 8074 Микроскопы инструментальные. Типы, основные параметры и размеры. Технические требования
     
     ГОСТ 24888 Пластмассы, полимеры и синтетические смолы. Химические наименования, термины и определения
     
     ГОСТ 28840 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования
     
     ГОСТ 32794 Композиты полимерные. Термины и определения
     
     ГОСТ Р 56679 Композиты полимерные. Метод определения пустот
     
     ГОСТ Р 56682 Композиты полимерные. Методы определения объема матрицы, армирующего наполнителя и пустот
     
     ГОСТ Р 56762 Композиты полимерные. Метод определения влагопоглощения и равновесного состояния
     
     ГОСТ Р 56815 Композиты полимерные. Метод определения удельной работы расслоения в условиях отрыва

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.

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 24888, ГОСТ 32794, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 партия материала: Материал, изготовленный на одном оборудовании по одному и тому же технологическому процессу из одного и того же сырья.

3.2 диаграмма деформирования: Графическая зависимость между напряжением (нагрузкой) и деформацией (перемещением).

3.3 ДКБ образец: Образец для испытания в виде двухконсольной балки.

3.4 мода I: Режим разрушения, при котором поверхности отслоения отделяются друг от друга за счет действия нормальных напряжений (отрыв) и нет относительного сдвига поверхностей трещины.

3.5 мода II: Режим разрушения, при котором поверхности расслоения сдвигаются одна относительно другой в направлении роста расслоения (действуют касательные напряжения) и нет раскрытия поверхностей трещин.

3.6 удельная работа расслоения (тип межслойного разрушения) в условиях отрыва (по моде I) , Дж/м: Отношение изменения упругой энергии, накопленной в ДКБ образце в условиях нагружения отрывом, к бесконечно малому приращению площади межслойной трещины.

3.7 удельная работа расслоения (вязкость межслойного разрушения) в условиях сдвига (по моде II) , Дж/м: Отношение изменения упругой энергии, накопленной в ДКБ образце в условиях нагружения сдвигом, к бесконечно малому приращению площади межслойной трещины.

3.8 критическая работа расслоения (вязкость межслойного разрушения) в условиях комбинированного нагружения сдвигом и отрывом (по смешанной моде I+II) , Дж/м: Отношение изменения упругой энергии, накопленной в ДКБ образце в условиях комбинированного нагружения сдвигом и отрывом, к бесконечно малому приращению площади межслойной трещины.

3.9 энергия в вершине трещины U, Дж: Потенциальная энергия, накопленная в вершине трещины в результате деформирования.

3.10 перемещение центральной опоры , мм: Расстояние, на которое перемещается центральная опора в данный момент времени в ходе испытания.

3.11 длина трещины расслоения а, мм: Расстояние от оси приложения нагрузки до вершины трещины (см. рисунок 1).

3.12 податливость образца С, мм/Н: Отношение раскрытия трещины к нагрузке.

3.13 максимальная нагрузка , Н: Максимальная нагрузка, зафиксированная в ходе испытания.

3.14 модуль Юнга Е, ГПа: Модуль упругости материала образца при растяжении в направлении укладки армирующего наполнителя.

3.15 ВИЗ: Точка на диаграмме "нагрузка-раскрытие", соответствующая визуально зафиксированному моменту страгивания трещины.

3.16 НЛ: Точка на диаграмме "нагрузка-раскрытие", соответствующая визуально зафиксированному моменту страгивания трещины.

     4 Сущность метода

4.1 Метод заключается в испытании образца слоистого полимерного композитного материала (ПКМ) в виде ДКБ (образца с предварительно выполненным на его конце расслоением, расположенным по центру толщины) в условиях комбинированного нагружения отрывом (мода I) и сдвигом (мода II) (рисунок 1 а).

Нагрузка прикладывается посредством петель (рисунок 1 b) или концевых блоков и оснастки на трехточечный изгиб. Посредством варьирования длины плеча рычага можно изменять отношения моды I и II. При испытании фиксируется прикладываемое усилие, перемещение центральной опоры и длина трещины.

1 - датчик перемещения; 2 - центр тяжести; 3 - образец; 4 - основание; С - длина рычага

а - Отрыв и сдвиг в специальной оснастке

а - длина трещины расслоения; b - ширина образца; h - толщина образца; L - расстояния между опорами; 1 - ось шарнира петли; 2 - образец с расслоением

b - Петли и оснастки на трехточечном изгибе

Рисунок 1 - Комбинированное нагружение образца

4.2 Критическая работа расслоения (вязкость межслойного разрушения) , Дж/мм, определяется как отношение изменения упругой энергии, накопленной в образце в виде двухконсольной балки при его нагружении, к бесконечно малому приращению площади межслойной трещины по формуле

,                                                                   (1)

где - ширина образца, мм;

- длина трещины расслоения, мм.

     5 Оборудование

5.1 Испытательная машина по ГОСТ 28840, обеспечивающая линейное перемещение активного захвата (траверсы) с заданной постоянной скоростью и измерение нагрузки с точностью ±1% от измеряемой величины.

5.2 Испытательная машина должна быть оснащена специальной оснасткой для комбинированного нагружения, сдвигом с помощью приспособления на трехточечный изгиб (см. рисунок 1 а) и отрывом (рисунок 1 b). Радиус скругления опор должен составлять от 4 до 6 мм. Расстояние между опорами 2L составляет 100 мм.

Для уменьшения влияния нелинейности высота оси приложения нагрузки над осью шарнира, передающего усилие к лапкам испытуемого образца (см. рисунок 1 а), должна составлять 0,3L. В ходе испытания нагрузка должна передаваться по вертикальной оси. Для уменьшения трения между образцом и рычагом при нагружении образца рекомендуется использовать роликовые подшипники.

5.3 В качестве датчиков прогиба используют механические, оптические экстензометры или другие приборы, обеспечивающие измерение прогиба с максимальной относительной погрешностью не более ±1% от измеряемой величины. Установка датчика перемещения не должна создавать дополнительных нагрузок на образец.

5.4 Запись данных нагрузки и деформации проводят с частотой не менее 5 Гц.

5.5 Средства измерения ширины и толщины образца должны обеспечивать измерение с точностью ±1% от измеряемой величины. Для измерений толщины рекомендуется использовать микрометр по ГОСТ 6507 с точностью измерения до 0,005 мм, для ширины - штангенциркуль по ГОСТ 166 с точностью измерений ±0,025 мм. Средства измерения длины трещины (начальной и в ходе испытания) должны обеспечивать измерение с точностью ±0,5 мм.

Рекомендуется использовать микроскоп по ГОСТ 8074, позволяющий определять фронт расслоения с точностью измерения ±0,5 мм.

5.6 При измерении по неровным поверхностям, например по формованным поверхностям полимерных композитных материалов (ПКМ), используют микрометр со сферическими измерительными губками; при измерении по гладким механически обработанным поверхностям или резам используют измерительные инструменты с плоскопараллельными губками. Погрешность приборов должна быть не более 1%.

     6 Образцы