Сущность метода заключается в том, что образец, свободно лежащий на двух опорах, подвергают изгибу до разрушения, вызванного сдвигом материала внутреннего слоя образца, при этом определяют:

- предельное напряжение при сдвиге внутреннего слоя образца;

- напряжение сдвига при пределе текучести внутреннего слоя образца (при деформации более 2%);

- напряжение материала внешнего слоя образца.

     4 Оборудование

4.1 Микрометры по ГОСТ 6507 или штангенциркули по ГОСТ 166, обеспечивающие измерение толщины с точностью до 0,025 мм, измерение длины и ширины с точностью до 0,25 мм.

4.2 Испытания проводят на универсальной испытательной машине по ГОСТ 28840, обеспечивающей нагружение образцов с заданной постоянной скоростью перемещения активного захвата, измерение нагрузки с погрешностью не более 1% измеряемой величины, а также возможность регулирования скорости нагружения образца.

4.2.1 Испытательная машина должна быть снабжена траверсой, по которой могут перемещаться две опоры, и наконечником, создающим нагрузку в случае испытания на трехточечный изгиб. При испытании на четырехточечный изгиб испытательная машина должна быть обеспечена двумя траверсами, на каждой из которых могут перемещаться по две опоры.

4.2.2 Траверса должна обеспечивать неподвижность опор при испытаниях и иметь цену деления шкалы 1 мм, позволяющую устанавливать опоры на заданном расстоянии.

4.2.3 Для нагружения образцов используют опоры и/или наконечник, соединенные с нагружающими блоками через цилиндрические шарниры или клинообразные опоры, и/или наконечник и нагружающие пластины с V-образным пазом.

Ширина нагружающих блоков или нагружающих пластин должна быть 25 мм.

Радиус закругления клинообразных опор и/или наконечника должен быть не менее 3 мм. Радиус паза нагружающей пластины должен быть больше радиуса клинообразных опор и/или наконечника, а угол раствора паза должен быть таким, чтобы стороны клинообразных опор и/или наконечника не соприкасались со сторонами паза во время испытания.

Допускается использовать в качестве опор и/или наконечника стальные цилиндры диаметром 25 мм.

Длина нагружающих блоков, нагружающих пластин и ширина опор и/или наконечника должна быть не менее ширины образца.

4.2.4 Пластины резиновые по ГОСТ 7338 шириной 25 мм, толщиной 3 мм, твердостью по Шору А 60.

4.3 Для измерения деформации (прогиба) образца используют приборы и приспособления с погрешностью не более 1% измеряемой величины.

4.4 Для испытания и кондиционирования образцов в заданных условиях применяют климатические камеры, обеспечивающие поддержание постоянной относительной влажности с точностью до 3% и заданной температуры с точностью до 3°С.

4.5 Дисковая пила, оснащенная алмазным отрезным кругом.

5.1 Подготовка образцов

5.1.1 Для определения механических характеристик при сдвиге материалов внутреннего слоя "сэндвич"-конструкции используют не менее пяти образцов, если иное не установлено в нормативном документе или технической документации на изделие.

5.1.2 Материал, толщина, порядок выкладки и направление армирующего наполнителя верхней и нижней граней образца должны быть одинаковыми.

Примечания

1 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.

2 При расчетах делают допущение о том, что жесткость верхней и нижней граней образца равны. Однако данное допущение может оказаться неверным по отношению к некоторым материалам внешнего слоя "сэндвич"-конструкций (например, к композитам, армированным арамидным волокном), у которых значительно различаются модули упругости при растяжении и сжатии или которые демонстрируют практически нелинейную зависимость напряжения от деформации.

5.1.3 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.

Механическую обработку осуществляют при помощи дисковой пилы (см. 4.5) с применением воды для охлаждения.

5.1.4 Перед изготовлением образцов "сэндвич"-конструкций путем склеивания микрометром измеряют толщину материала внешнего слоя образца с точностью не менее 0,025 мм в трех местах: по краям и в середине.

При изготовлении образцов механической обработкой толщину материала внешнего слоя образца рассчитывают, исходя из толщины отдельного слоя, либо принимают значение, указанное в нормативном документе или технической документации на испытуемое изделие.

5.1.5 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.

5.1.6 При стандартной схеме нагружения применяют образцы шириной (75±0,5) мм, длиной (200±1) мм и толщиной, равной толщине изделия.

Примечание - Под стандартной схемой нагружения в настоящем стандарте понимают трехточечное нагружение, при котором длина пролета равна 150 мм.

5.1.7 При нестандартной схеме нагружения используют образцы, которые должны соответствовать следующим требованиям:

5.1.7.1 Ширину образца , мм, выбирают из условий (1) и (2):

,                                                         (1)

где - толщина испытуемого изделия, мм.

,                                                         (2)

где - размер соты материала внутреннего слоя образца, мм;

- длина пролета, мм.

5.1.7.2 Длину образца , мм, вычисляют по формулам

;                                                               (3)

.                                                              (4)

Примечание - За длину образца принимают наибольшее из вычисленных по формулам (3) и (4) значений.

5.1.8 Толщина внешних слоев образца должна быть одинакова и удовлетворять условию (5)

,                                                       (5)

где - толщина материала внешнего слоя образца, мм;

- толщина материала внутреннего слоя образца, мм.

5.1.9 Предел прочности при сдвиге материала внутреннего слоя образца , МПа, должен удовлетворять условию (6)

,                                                           (6)

где - коэффициент запаса прочности на сдвиг материала внутреннего слоя образца (=0,75);

- предел прочности при изгибе материала внешнего слоя образца, МПа;

- толщина материала внешнего слоя образца, мм;

- длина пролета, мм;

- длина нагружаемого пролета, мм.

5.1.10 Предел прочности при сжатии материала внутреннего слоя , МПа, должен удовлетворять условию (7)

,                                                       (7)

где - толщина материала внутреннего слоя образца, мм;

- толщина материала внешнего слоя образца, мм;

- предел прочности при изгибе материала внешнего слоя образца, МПа;

- длина пролета, мм;

- длина нагружаемого пролета, мм;

- ширина нагружающего блока или нагружающей пластины, мм.

5.1.11 Образцы должны иметь маркировку.

Маркировка должна содержать порядковый номер образца и сведения о материале, из которого образец был получен.

Маркировка должна сохраняться в течение всего испытания, во всех условиях и режимах, установленных настоящим стандартом.

5.2 Кондиционирование

5.2.1 Кондиционируют образцы по ГОСТ Р 56762, если иное не установлено в нормативном документе или технической документации на изделие.

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

6.1 Микрометром или штангенциркулем (см. 4.1) измеряют длину, ширину и толщину образцов в трех местах: по краям и в середине. Результаты измерений округляют до третьей значащей цифры.

6.2 Испытания проводят в помещении или закрытом объеме при температуре и влажности, при которых проводилось кондиционирование, если иное не установлено в нормативном документе или технической документации на испытуемое изделие. Испытания при повышенных и пониженных температурах проводят в специально предусмотренных климатических камерах. Температуру испытания и допускаемые ее колебания определяют в соответствии с нормативным документом или технической документацией на испытуемое изделие.

6.3 При проведении испытаний в условиях повышенных и пониженных температур время, необходимое для полного прогрева или охлаждения образца до его испытания, устанавливают в нормативном документе или технической документации на испытуемое изделие.

6.4 В зависимости от схемы нагружения и вида изгиба устанавливают расстояние между опорами в соответствии с таблицей 1.

Схема приложения нагрузки для трехточечного изгиба показана на рисунке 1, для четырехточечного изгиба - на рисунках 2 и 3.

1 - образец; - нагрузка; - длина пролета

Рисунок 1 - Схема приложения нагрузки при трехточечном изгибе

1 - образец; - нагрузка; - длина пролета; - длина нагружаемого пролета

Рисунок 2 - Схема приложения нагрузки при четырехточечном изгибе
(вариант 1)

1 - образец; - нагрузка; - длина пролета; - длина нагружаемого пролета

Рисунок 3 - Схема приложения нагрузки при четырехточечном изгибе
(вариант 2)

Таблица 1

Схема нагружения

Длина пролета , мм

Длина нагружаемого пролета , мм

Стандартная: трехточечный изгиб

150

0

Нестандартная: четырехточечный изгиб

Нестандартная: четырехточечный изгиб

Длина пролета , мм, должна удовлетворять условию (8)

,                                                               (8)

где - коэффициент запаса прочности на сдвиг материала внутреннего слоя образца (=0,75);

- предел прочности при изгибе материала внешнего слоя образца, МПа;

- толщина материала внешнего слоя образца, мм;

- предел прочности при сдвиге материала внутреннего слоя, МПа;

- длина нагружаемого пролета, мм.

Примечание - При трехточечном нагружении значение равно нулю.

6.5 Устанавливают и закрепляют приборы для измерения прогиба в середине пролета.

6.6 Между наконечником/опорами и образцом прокладывают резиновые пластины (см. 4.2.4). Устанавливают образец на опоры таким образом, чтобы плоскость материала внешнего слоя "сэндвич"-конструкции была перпендикулярна к направлению нагружения. Приводят в соприкосновение с верхней гранью образца наконечник или две опоры, в зависимости от вида изгиба, и регулируют их таким образом, чтобы допускаемое отклонение от параллельности поверхностей не превышало 1°.

6.7 Устанавливают скорость перемещения наконечника/опор в соответствии с нормативным документом или технической документацией на изделие. При отсутствии этих данных скорость перемещения наконечника/опор устанавливают такой, чтобы разрушение образца происходило в течение 3-6 мин. Рекомендуемая скорость перемещения наконечника/опор - 6 мм/мин.

6.8 Нагружают образец с заданной постоянной скоростью до его разрушения или до достижения прогиба, равного его толщине. Записывают значения нагрузки в зависимости от перемещения наконечника/опор и значения прогибов - в зависимости от нагрузки.

Значения регистрируют непрерывно или через регулярные интервалы (от 2 до 3 с), так чтобы при проведении испытания было записано не менее 100 значений.

Примечание - Некоторые материалы внутреннего слоя "сэндвич"-конструкций не демонстрируют четко определенного разрушения, при котором происходит резкая потеря несущей способности, скорее разрушение характеризуется увеличением предела текучести, подвергающегося сдвигу, что приводит к существенной деформации при сдвиге с сохранением несущей способности. Испытания таких материалов проводят в соответствии с линейной теорией изгиба балок.

6.9 При возникновении первичных разрушений образца: расслоение материала внешнего слоя, отслоение материала внутреннего слоя от материала внешнего слоя, частичное разрушение материала внутреннего слоя и местное раздробление материала внутреннего слоя - записывают нагрузку, значение смещения наконечника/опор и характер первичного разрушения.

6.10 При возникновении разрушения образца записывают максимальную нагрузку и прогиб, предшествующие разрушению образца.

6.11 Результаты испытаний учитывают только при разрушениях при сдвиге материала внутреннего слоя "сэндвич"-конструкций или при отслоении материала внутреннего слоя от материала внешнего слоя.

6.12 Для описания характера участка и места разрушения образца используют условные обозначения из трех символов в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2

Первый символ

Второй символ

Третий символ

Характер разрушения

Обозна-
чение

Участок разрушения

Обозна-
чение

Место разрушения

Обозна-
чение

Смятие материала внутреннего слоя

C

У наконечника

A

Материал внутреннего слоя

C

Отслоение материала внешнего слоя от материала внутреннего слоя

D

Датчик

G

Граница соединения материала внутреннего и внешнего слоев

A

Разрушение армирующего наполнителя

F

Несколько участков

M

Нижняя грань

B

Несколько видов разрушения

M (x; y; z)

Снаружи от датчика

O

Верхняя грань

T

Поперечный сдвиг

S

Различные

V

Обе грани (верхняя и нижняя)

F

Разрыв

X

Неизвестно

U

Различные

V

Прочее

O

-

-

Неизвестно

U

6.13 Результат испытания не учитывают, если произошло разрушение внешнего слоя образца до разрушения внутреннего слоя или отслоения материала внутреннего слоя от материала внешнего слоя.

7.1 Строят график зависимости нагрузки от смещения наконечника/опор (см. ГОСТ 33519) и определяют по нему:

- переходную область;

- тангенс угла наклона в графике нагрузка - смещение до точки перехода и после точки перехода;

- точку перехода.

(Поправка. ИУС N 4-2017).

7.2 Трехточечная схема нагружения

7.2.1 Предельное напряжение при сдвиге внутреннего слоя образца , МПа, вычисляют по формуле

,                                                    (9)

где - максимальная нагрузка, предшествующая разрушению образца, Н;

- толщина образца, мм;

- толщина материала внутреннего слоя образца, мм;

- ширина образца, мм.

Толщину материала внутреннего слоя образца , мм, вычисляют по формуле

                                                       (10)

7.2.2 Напряжение сдвига при пределе текучести внутреннего слоя образца (при деформации более 2%) , МПа, вычисляют по формуле

,                                                (11)

где - нагрузка при пределе текучести, Н.

7.2.3 Напряжение материала внешнего слоя образца , МПа, вычисляют по формуле

,                                                   (12)

где - толщина материала внешнего слоя образца, мм;

- длина пролета, мм.

7.3 Четырехточечное нагружение (при S/4)

7.3.1 Предельное напряжение при сдвиге внутреннего слоя образца , МПа, вычисляют по формуле (9).

7.3.2 Напряжение сдвига при пределе текучести внутреннего слоя образца (при деформации более 2%) , МПа, вычисляют по формуле (11).

7.3.3 Напряжение материала внешнего слоя образца , МПа, вычисляют по формуле

.                                                  (13)

7.4 Четырехточечное нагружение (при S/3)

7.4.1 Предельное напряжение при сдвиге внутреннего слоя образца , МПа, вычисляют по формуле (9).

7.4.2 Напряжение сдвига при пределе текучести внутреннего слоя образца (при деформации более 2%) , МПа, вычисляют по формуле (11).

7.4.3 Напряжение материала внешнего слоя образца , МПа, вычисляют по формуле

.                                                      (14)

7.5 Среднеарифметическое значение предельного напряжения при сдвиге внутреннего слоя образца (напряжения сдвига при пределе текучести внутреннего слоя образца (при деформации более 2%) , напряжения материала внешнего слоя образца ), МПа, вычисляют по формуле

,                             (15)

где - единичное значение предельного напряжения при сдвиге внутреннего слоя образца (напряжения сдвига при пределе текучести внутреннего слоя образца (при деформации более 2%), напряжения материала внешнего слоя образца), МПа;

- число наблюдений.

Результат округляют до третьей значащей цифры.

7.6 Стандартное отклонение предельного напряжения при сдвиге внутреннего слоя образца (напряжения сдвига при пределе текучести внутреннего слоя образца (при деформации более 2%) , напряжения материала внешнего слоя образца , МПа, вычисляют по формуле

.          (16)

Результат округляют до третьей значащей цифры.

7.7 Коэффициент вариации , %, вычисляют по формуле

.                                           (17)

Результат округляют до третьей значащей цифры.