ГОСТ Р 57994-2017

     

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КОМПОЗИТЫ ПОЛИМЕРНЫЕ

Методы определения вязкости разрушения и скорости высвобождения энергии

Polymer composites. Test methods for fracture toughness definition and energy release speeds

ОКС 83.120

Дата введения 2018-06-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" совместно с Автономной некоммерческой организацией "Центр нормирования, стандартизации и классификации композитов" при участии Объединения юридических лиц "Союз производителей композитов" 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 ДЕЙСТИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 ноября 2017 г. N 1832-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к стандарту АСТМ Д5045-14* "Стандартные методы испытаний для определения критического коэффициента интенсивности напряжений и критического значения скорости выделения энергии полимерных композиционных материалов" (ASTM D5045-14 "Standard Test Method for Plane-Strain Fracture Toughness and Strain Energy Release of Plastics", MOD) путем изменения его структуры для приведения в соответствие с правилами, установленными в ГОСТ 1.5-2001 (подразделы 4.2 и 4.3).

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

Оригинальный текст невключенных структурных элементов стандарта АСТМ приведен в дополнительном приложении ДА.

Исключение стандартов АСТМ Е691, АСТМ Д4000 обусловлено тем, что в Российской Федерации на национальном уровне нет аналогичных стандартов.

Дополнительные ссылки, включенные в текст стандарта для учета особенностей национальной стандартизации, выделены курсивом*.

________________

* В оригинале обозначения и номера стандартов и нормативных документов приводятся обычным шрифтом, отмеченные по тексту  знаком "**" выделены курсивом. - Примечание изготовителя базы данных.

Дополнительные требования и положения, внесенные в настоящий стандарт, выделены путем заключения их в рамки из тонких линий, а информация с объяснением причин включения этих требований и положений приведена в виде примечаний.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного стандарта АСТМ для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

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

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

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

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 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 полимерные композиты (ПК) и полимерные материалы (ПМ) без армирования и устанавливает методы испытаний, предназначенные для описания их вязкости разрушения через определение критического коэффициента интенсивности напряжений, , и энергии на единицу площади поверхности трещины или критической скорости высвобождения энергии деформации, , в момент формирования трещины.

1.2 Стандарт устанавливает методы определения характеристик при испытании образцов двух геометрических конфигураций: изгиб при одностороннем надрезе (SENB) и внецентренное растяжение (CT).

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты*:

________________

* Таблицу соответствия национальных стандартов международным см. по ссылке. - Примечание изготовителя базы данных.

ГОСТ 166-89** (ИСО 3599-76) Штангенциркули. Технические условия
     
     ГОСТ 6507** Микрометры. Технические условия
     
     ГОСТ 12423-2013** (ISO 291:2008) Пластмассы. Условия кондиционирования и испытания образцов (проб)
     
     ГОСТ 28840** Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования

ГОСТ Р 56800 Композиты полимерные. Определение механических свойств при растяжении неармированных и армированных материалов

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, определения и обозначения

3.1 В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 внецентренное растяжение CT: Геометрическая конфигурация образца, состоящая из пластины с односторонним надрезом под действием растягивающей нагрузки.

3.1.2 изгиб при одностороннем надрезе SENB: Геометрическая конфигурация образца, состоящая из балки с центральным надрезом под действием изгибающей нагрузки (трехточечный изгиб).

3.1.3

3.1.4 критическая скорость высвобождения энергии деформации : Параметр механической вязкости, основанный на количестве энергии, необходимой для разрушения.

3.1.5

3.1.6 напряжение текучести: Используется напряжение при разрушении. Наклон кривой на диаграмме "напряжение-деформация" не обязательно должен быть нулевым.

3.2 В настоящем стандарте приняты следующие обозначения:

3.2.1 , МПа·м: Расчетная величина коэффициента интенсивности напряжений.

3.2.2 , кДж/м: Расчетная величина скорости высвобождения энергии деформации.

     4 Сущность метода

4.1 Настоящие методы испытаний подразумевают нагружение образца с надрезом с предварительно подготовленной трещиной либо внецентренным растяжением, либо трехточечным изгибом. Нагрузку, соответствующую 2,5% кажущегося приращения длины трещины, устанавливают с помощью указанного отклонения от линейной части диаграммы деформирования. Значение рассчитывают исходя из этой нагрузки по уравнению, полученному на основе анализа упругого-напряженного состояния образцов, описанного в настоящем стандарте по двум методам проведения испытаний. Обоснованность определения величины этими методами испытаний зависит от формирования вершины трещины на образце для выявления линейно-упругих характеристик.

4.2 В стандарте представлен метод определения вязкости разрушения образцов с естественной трещиной, а именно - определение критического коэффициента интенсивности и определение скорости высвобождения энергии деформации . Настоящий метод требует определения энергии, получаемой при интеграции графика зависимости "нагрузка-смещение" по точке нагрузки, при этом выполняется поправка на вдавливание в локальных точках нагружения, а также сжатие образца и податливость системы.

     5 Оборудование

5.1 Испытания проводят на испытательной машине по ГОСТ 28840**, обеспечивающей линейное перемещение активного захвата (траверсы) с заданной постоянной скоростью и измерение нагрузки с погрешностью не более ±1% измеряемой величины.

5.2 Для конфигурации SENB требуется устройство с неподвижными или подвижными роликами достаточного диаметра, чтобы избежать чрезмерного пластического вдавливания. Подходящий механизм устройства для нагружения образца SENB сдатчиком смещения показан на рисунке 1. Нагрузочная скоба для испытания на внецентренное растяжение для CT показана на рисунке 2. Нагружение осуществляется с помощью штифтов в отверстиях образца (рисунок 3б).

1 - датчик смещения; 2 - втулка для резиновых колец; W - ширина образца; B - толщина образца; D - диаметры нагружающих роликов; S - расстояние между опорами

Рисунок 1 - Устройство для нагружения образца SENB с датчиком смещения

W - ширина образца; R - радиус фаски

Рисунок 2 - Конструкция нагрузочной скобы для испытания на внецентренное растяжение для CT

5.3 Для точного измерения смещения используют специальные датчики:

- датчик внутреннего смещения - для конфигураций образцов SENB или CT, смещение измеряют с помощью датчика перемещения (положения) испытательной машины. Данные полученного смещения требуют поправки на податливость системы, проникновение нагрузочного штифта (измерение твердости по Бринеллю) и сжатие образца путем выполнения калибровки системы испытания, согласно 8.2;

- датчик наружного смещения - при отсутствии датчика внутреннего смещения или его недостаточной точности необходимо использовать устройство измерения смещения наружного применения, как показано на рисунке 1 для конфигурации SENB. Для образцов CT на нагрузочные штифты устанавливают зажимной измеритель. Для образцов SENB и CT измеряют смещение в точке приложения нагрузки. Рекомендуется использовать датчик с погрешностью измерения не более 1% измеряемого значения.

     6 Подготовка к проведению испытаний

6.1 Размер образцов

6.1.1 Геометрия образцов SENB и CT представлена на рисунке 3 (а, б). Если материал поставляется в форме листов, толщина образца B идентична толщине листа, что позволяет максимально увеличить этот размер. Ширина образца W должна быть в два раза больше B. В обеих геометрических конфигурациях длина трещины a выбирается таким образом, чтобы выполнялось условие формулы (1).

.                                                  (1)

     
Рисунок 3 - Геометрия образцов

6.1.2 Чтобы результаты считались действительными в соответствии с настоящими методами, они должны отвечать следующим критериям размеров

,                                              (2)