多向层压板力学性能试验方法.ppt

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1、复合材料力学性能测试技术(五)多向层压板力学性能试验方法（一）开孔拉伸试验（二）开孔压缩试验（三）充填孔拉伸和压缩试验（四）挤压试验（五）冲击及冲击后压缩试验（一）开孔拉伸试验试验目的试验方法概述ASTM D 5766 试验方法1.1 开孔拉伸试验目的得到用于结构设计许用值、材料规范、研究与开发、及质量保证的含缺口拉伸强度数据，具体性能参数包括：开孔（缺口）拉伸强度(OHT)；极限拉伸应变；拉伸弹性模量。1.2 开孔拉伸试验方法概述ASTM D 5766/D 5766M-07 聚合物基复合材料层压板开孔拉伸强度标准试验方法“Standard Test Method for Open-Hole

2、Tensile Strength of Polymer Matrix Composite Laminates”HB 6740-93 碳纤维复合材料层合板开孔拉伸试验方法 1.3 开孔拉伸试验：ASTM D 57661 试验件 多向层压板（至少有2个方向的纤维）宽度：361 mm 长度：200300 mm 孔径：60.06 mm 厚度：2.5 mm，允许范围为24 mm 多向层压板（45/0/-45/902s）宽度：380.2 mm 长度：300 mm 孔径：6.30.1 mm1.3 开孔拉伸试验：ASTM D 5766孔附近的宽度、厚度；孔径干态：试验室环境24小时湿态：吸湿平衡或规定的时间2

3、 试验流程 按组分袋包装，标识清楚 干态：试验室环境 湿态：将试样用湿布包裹放入密封袋内，直到进行试验，试样在密封袋内的储存时间应不超过14天。几何尺寸测量几何尺寸测量 状态调节状态调节 试验件安装试验件安装 加加 载载破坏模式破坏模式试验件保存试验件保存试验件存储试验件存储 编编 号号 1.3 开孔拉伸试验：ASTM D 57662 试验流程与D 3039中的“试验步骤”相同按组分袋包装，标识清楚 不发生在孔边的破坏是不可接受的模式，其数据是无效的。记录试件的破坏模式和破坏区域，选用基于三部分破坏模式代码的标准描述方法。1破坏模式 2破坏区域 3破坏位置 几何尺寸测量几何尺寸测量 状态调节状

4、态调节 试验件安装试验件安装 加加 载载破坏模式破坏模式试验件保存试验件保存试验件存储试验件存储 编编 号号 1.3 开孔拉伸试验：ASTM D 57663 数据处理开孔拉伸强度：毛横截面积（忽略孔）（二）开孔压缩试验试验目的试验方法概述ASTM D 6484 试验方法HB 6741试验方法2.1 开孔压缩试验目的得到用于结构设计许用值、材料规范、研究与开发、及质量保证的含缺口拉伸强度数据，具体性能参数包括：开孔（缺口）压缩强度(OHC)2.2 开孔压缩试验方法概述ASTM D 6484/D 6484M-08 聚合物基复合材料层压板开孔压缩强度标准试验方法“Standard Test Meth

5、od for Open-Hole Compressive Strength of Polymer Matrix Composite Laminates”HB 6741-93 碳纤维复合材料层合板开孔压缩试验方法 2.3 开孔压缩试验：ASTM D 64841 试验件 多向层压板（至少有2个方向的纤维）厚度：4 mm，允许范围为35 mm2.3 开孔压缩试验：ASTM D 6484孔附近的宽度、厚度；孔径；边距干态：试验室环境24小时湿态：吸湿平衡或规定的时间2 试验流程 按组分袋包装，标识清楚 干态：试验室环境 湿态：将试样用湿布包裹放入密封袋内，直到进行试验，试样在密封袋内的储存时间应不超过

6、14天。几何尺寸测量几何尺寸测量 状态调节状态调节 试验件安装试验件安装 加加 载载破坏模式破坏模式试验件保存试验件保存试验件存储试验件存储 编编 号号 2.3 开孔压缩试验：ASTM D 64842 试验流程两种夹具：方法A：液压夹头方法B：压缩平台几何尺寸测量几何尺寸测量 状态调节状态调节 试验件安装试验件安装 加加 载载破坏模式破坏模式试验件保存试验件保存试验件存储试验件存储 编编 号号 2.3 开孔压缩试验：ASTM D 64842 试验流程方法A：液压夹头将试件安装于夹具中，保证试件两端与夹具两部分的端头平齐，孔位于夹具缺口的中心；拧紧4个螺栓；夹具放入试验机夹头中，注意使夹具的长轴

7、与试验方向对中。将夹具放入试验机的楔形夹块内时，夹具的夹持应使夹具的未夹持部分靠近螺栓，即夹持深度约80 mm；拧紧夹头，记录液压夹头施加的压力；施加液压夹持压力后，以约7 N-m 再次拧紧4个螺栓；使用测隙规检查支撑板与支持夹具长夹板之间的间隙，加垫片，确认试件工作段与支持夹具长夹板之间的间隙是否为0.050.05mm。几何尺寸测量几何尺寸测量 状态调节状态调节 试验件安装试验件安装 加加 载载破坏模式破坏模式试验件保存试验件保存试验件存储试验件存储 编编 号号 2.3 开孔压缩试验：ASTM D 64842 试验流程方法B：压缩平台将试件安装于夹具中，保证试件两端与夹具两部分的端头平齐，孔

8、位于夹具缺口的中心；拧紧4个螺栓（12个螺栓）；以约7 N-m 拧紧4个螺栓（12个螺栓），当采用7 N-m60 in.-lbf的拧紧力矩而不能得到可接受的破坏模式时，可以在此基础上增大拧紧力矩；使用测隙规检查支撑板与支持夹具长夹板之间的间隙，加垫片，确认试件工作段与支持夹具长夹板之间的间隙是否为0.050.05mm将夹具放置于试验机的两个平台之间，使夹具的长轴与试验方向对齐。几何尺寸测量几何尺寸测量 状态调节状态调节 试验件安装试验件安装 加加 载载破坏模式破坏模式试验件保存试验件保存试验件存储试验件存储 编编 号号 2.3 开孔压缩试验：ASTM D 64842 试验流程几何尺寸测量几何尺

9、寸测量 状态调节状态调节 试验件安装试验件安装 加加 载载破坏模式破坏模式试验件保存试验件保存试验件存储试验件存储 编编 号号 方法A：与D 3039中的“试验步骤”相同方法B：1.加载速率：12 mm/min；2.预加载如果需要，对试件/夹具组合件施加23 N的压缩力，以保证所有加载表面相互接触并与上下平台对中。将压缩力降低到7 N，所有设备重新调零和平衡；3.加载按规定的速率将力施加到试件上，同时记录数据。对试件加载，直到达到最大力，并且力从最大力下降30%为止。除非试件断裂是特别期望的，否则，应停止试验，以防止因孔的大范围畸变而掩盖真实的破坏模式，其目的是提供更具代表性的破坏模式和防止损

10、坏支持夹具；4.数据记录连续记录载荷-位移或载荷-应变数据。建议采样速率为每秒2-3个数据记录，目标数据最少100个；5.记录破坏时（或破坏前）的最大载荷值。2.3 开孔压缩试验：ASTM D 64842 试验流程按组分袋包装，标识清楚 不发生在孔边的破坏是不可接受的模式，其数据是无效的。记录试件的破坏模式和破坏区域，选用基于三部分破坏模式代码的标准描述方法。1破坏模式 2破坏区域 3破坏位置 几何尺寸测量几何尺寸测量 状态调节状态调节 试验件安装试验件安装 加加 载载破坏模式破坏模式试验件保存试验件保存试验件存储试验件存储 编编 号号 2.3 开孔压缩试验：ASTM D 64843 数据处理

11、开孔压缩强度：毛横截面积（忽略孔）2.4 开孔压缩试验：HB 6741-931 试验件 多向层压板（45/0/-45/902s）宽度：380.2 mm 长度：250 mm 孔径：6.30.1 mm2.4 开孔压缩试验：HB 6741-932 压缩夹具（三）充填孔拉伸/压缩试验试验目的试验方法概述ASTM D 5961 试验方法3.1 充填孔拉伸/压缩试验目的对试验方法D 5766/D 5766M（开孔拉伸）和D 6484/D 6484M（开孔压缩）进行了补充规定，得到用于结构设计许用值、材料规范、研究与开发、及质量保证的充填孔拉伸/压缩强度数据，具体性能参数包括：充填孔拉伸强度(FHT)充填孔

12、压缩强度(FHC)3.2 充填孔拉伸/压缩试验方法概述ASTM D 6742/D 6742M-07 聚合物基复合材料层压板充填孔拉伸和压缩标准试验方法“Standard Test Method for Filled-Hole Tension and Compression Testing of Polymer Matrix Composite Laminates”3.3 充填孔拉伸/压缩试验：ASTM D 67421 试验件充填孔拉伸：多向层压板（至少有2个方向的纤维）宽度：361 mm 长度：200300 mm 孔径：60.06 mm 厚度：2.5 mm，允许范围为24 mm充填孔压缩：多向

13、层压板（至少有2个方向的纤维）宽度：361 mm 长度：300 mm 孔径：60.06 mm 厚度：4 mm，允许范围为35 mm3.3 充填孔拉伸/压缩试验：ASTM D 6742孔附近的宽度、厚度；孔径；紧固件类型干态：试验室环境24小时湿态：吸湿平衡或规定的时间2 试验流程 按组分袋包装，标识清楚 干态：试验室环境 湿态：将试样用湿布包裹放入密封袋内，直到进行试验，试样在密封袋内的储存时间应不超过14天。几何尺寸测量几何尺寸测量 状态调节状态调节 试验件安装试验件安装 加加 载载破坏模式破坏模式试验件保存试验件保存试验件存储试验件存储 编编 号号 3.3 充填孔拉伸/压缩试验：ASTM

14、D 57662 试验流程 与D 5766、D 6484相同 紧固件安装：采用紧固件或销钉（包括垫圈）对试样进行装配，紧固件的安装方法应符合试验提出方的规定；紧固件的拧紧：如果使用带力矩的紧固件，用扭力搬手将紧固件拧紧到所需的值，记录和报告实际的力矩值。按组分袋包装，标识清楚 不发生在孔边的破坏是不可接受的模式，其数据是无效的。记录试件的破坏模式和破坏区域，选用基于三部分破坏模式代码的标准描述方法。1破坏模式 2破坏区域 3破坏位置 几何尺寸测量几何尺寸测量 状态调节状态调节 试验件安装试验件安装 加加 载载破坏模式破坏模式试验件保存试验件保存试验件存储试验件存储 编编 号号（四）螺栓挤压试验试

15、验目的试验方法概述ASTM D 5766 试验方法4.1 螺栓挤压试验目的得到用于材料规范、研究和开发、质量保证以及结构设计和分析的挤压响应数据，具体性能参数包括：复合材料层压板或层压板-紧固件的极限挤压强度 复合材料层压板的弦向挤压刚度 复合材料层压板或层压板-紧固件连接的偏移挤压强度 挤压应力/挤压应变曲线4.2 螺栓挤压试验方法概述ASTM D 953“Test Method for Bearing Strength of Plastics”ASTM D 5961/D 5961M-08 聚合物基复合材料层压板挤压响应试验方法“Standard Test Method for Bearin

16、g Response of Polymer Matrix Composite Laminates”HB 7070-94 纤维增强塑料层合板挤压强度伸试验方法GB/T 7559-2005 纤维增强塑料层板螺栓连接挤压强度试验方法 4.2 螺栓挤压试验方法概述ASTM D 953“Test Method for Bearing Strength of Plastics”由ASTM D20委员会（塑料委员会）负责制订；最早用于测量塑料（包括复合材料）在拉伸和压缩载荷下挤压响应的方法；挤压载荷通过销钉引进，可用于测量材料纯挤压强度而没有螺栓影响（比如夹持和垫圈）的方法；目的主要是用于比较不同材料的挤压

17、性能；总之，这个试验方法对区别材料之间的挤压强度是有用的，但是其挤压性能、极限强度、屈服强度和载荷-位移响应并不代表实际的双剪连接。4.2 螺栓挤压试验方法概述GB/T 7559-2005参照ASTM D 953 制订；虽然提供了测量复合材料层压板单剪和双剪挤压强度的试验方法，但是，其连接形式仅限于复合材料与金属的连接，紧固件也仅限于螺栓；试验夹具较复杂，并且对于单剪压缩挤压试验没有采用防失稳的支持夹具，因而无法保证压缩试验能得到预期的挤压失效模式。4.2 螺栓挤压试验方法概述HB 7070-1994测量纤维增强层合板双剪挤压强度；仅仅适用于销钉连接方式。4.2 螺栓挤压试验方法概述ASTM

18、D 5961“Standard Test Method for Bearing Response of Polymer Matrix Composite Laminates”1996年，由 D30委员会（复合材料委员会）负责制订了测量高模量纤维增强的聚合物基复合材料多向层压板挤压响应的试验标准；紧固件类型：销钉和螺栓两种；连接形式：复合材料-金属和复合材料-复合材料的单剪和双剪连接；载荷形式：拉伸和压缩两种载荷形式；用途：不仅用于材料比较和评定，也可用于确定结构设计许用值。2010年版指出：方法A的单钉双剪形式特别推荐用于材料评价和比较，而方法B（单钉或两钉单剪）则用于建立设计许用值；替代了D

19、 953以用于测量聚合物基复合材料层压板的挤压性能。4.2 螺栓挤压试验方法概述ASTM D 5961“Standard Test Method for Bearing Response of Polymer Matrix Composite Laminates”四种方法：方法A：双剪拉伸载荷方法D：双剪压缩载荷用于基本的材料评价和比较4.2 螺栓挤压试验方法概述四种方法：方法B：两片试件的单剪拉伸或压缩载荷（无支持夹具、有支持夹具）方法C：单片试件单剪拉伸或压缩载荷评价具体的连接构型，包括紧固件破坏模式，建立设计许用值数据4.3 螺栓挤压试验：ASTM D 5961（A）1 试验件参 数标准

20、尺寸，mm紧固件或销钉直径，d6+0.00/-0.03孔直径，D6+0.03/-0.00厚度范围，h35长度，L135宽度，w361端距，e181沉头无多向层压板（至少有2个方向的纤维）4.3 螺栓挤压试验：ASTM D 5961（A）2 试验夹具推荐材料：14-4PH不锈钢，屈服应力1 GPa4.3 螺栓挤压试验：ASTM D 5961（A）宽度、厚度；孔径；紧固件直径干态：试验室环境24小时湿态：吸湿平衡或规定的时间3 试验流程 按组分袋包装，标识清楚 干态：试验室环境 湿态：将试样用湿布包裹放入密封袋内，直到进行试验，试样在密封袋内的储存时间应不超过14天。几何尺寸测量几何尺寸测量 状态

21、调节状态调节 试验件安装试验件安装 加加 载载破坏模式破坏模式试验件保存试验件保存试验件存储试验件存储 编编 号号 4.3 螺栓挤压试验：ASTM D 5961（A）3 试验流程试件装配将试件与双剪试验夹具装配在一起；紧固件的拧紧采用一个经过标定的扭力扳手将紧固件拧紧到所需的拧紧值；将夹具和试验件放入试验机夹头中，注意使夹具和试验件的长轴与试验方向对中；拧紧夹头，记录液压夹头施加的压力；拧紧后和安装到试验机前以及安装过程中，连接件的旋转都可能使初始力矩得到松弛，因此，在试件安装到试验机之后，需要最终拧紧紧固件；引伸计安装。几何尺寸测量几何尺寸测量 状态调节状态调节 试验件安装试验件安装 加加

22、载载破坏模式破坏模式试验件保存试验件保存试验件存储试验件存储 编编 号号 4.3 螺栓挤压试验：ASTM D 5961（A）3 试验流程几何尺寸测量几何尺寸测量 状态调节状态调节 试验件安装试验件安装 加加 载载破坏模式破坏模式试验件保存试验件保存试验件存储试验件存储 编编 号号 1.加载速率：2 mm/min；2.预加载对试件/夹具组合件施加一个小的载荷，以消除装配间隙；3.加载按规定的速率将力施加到试件上，同时记录数据。对试件加载，直到达到最大力，并且力从最大力下降30%为止。除非特别要求试件断裂，否则，应停止试验，以防止因孔的大范围变形而掩盖真实的失效模式，其目的是提供更具代表性的破坏模

23、式和防止损坏支持夹具；4.数据记录连续记录载荷-位移或载荷-应变数据。建议采样速率为每秒2-3个数据记录，目标数据最少300个；5.记录破坏时（或破坏前）的最大载荷值。4.3 螺栓挤压试验：ASTM D 5961（A）3 试验流程按组分袋包装，标识清楚 记录试件的破坏模式和破坏区域，选用基于三部分破坏模式代码的标准描述方法。1破坏模式 2破坏区域 3破坏位置 几何尺寸测量几何尺寸测量 状态调节状态调节 试验件安装试验件安装 加加 载载破坏模式破坏模式试验件保存试验件保存试验件存储试验件存储 编编 号号 4.3 螺栓挤压试验：ASTM D 5961（A）4 数据处理（五）冲击及冲击后压缩试验试验

24、目的试验方法概述ASTM D 5766 试验方法5.1 冲击及冲击后压缩试验目的用于评定集中面外力引起的损伤的敏感性（损伤阻抗），得到用于材料规范、研究和开发、质量保证以及结构设计的含冲击损伤压缩剩余强度数据，具体性能参数包括：冲击损伤状态（凹坑深度、损伤面积）压缩剩余强度 破坏应变5.2 冲击及冲击后压缩试验方法概述 NASA RP 1092（1142）“石墨纤维/增韧热固性树脂复合材料NASA/飞机工业标准规范”HB 6739-93 碳纤维复合材料层合板冲击后压缩试验方法SACMA SRM-2R-88(94)ASTM D 7136/D 7136M-07 测量纤维增强聚合物基复合材料对落锤冲

25、击事件的损伤阻抗的标准试验方法ASTM D 7137/D 7137M-07 含损伤聚合物基复合材料板压缩剩余强度性能标准试验5.2 冲击及冲击后压缩试验方法概述 NASA RP 1092（1142）“石墨纤维/增韧热固性树脂复合材料NASA/飞机工业标准规范”习惯上将所得到的性能指标称为CAI，当时已被广泛用于评定复合材料树脂的韧性，并认为它代表了用其制造结构可能的损伤容限性能。HB 6739-93是根据NASA RP 1142制订的。5.2 冲击及冲击后压缩试验方法概述45/0/-45/906s 300 x175 mm 12.7 mm冲击头 4.45J/mm能量 250 x 125 mm5.

26、2 冲击及冲击后压缩试验方法概述 由于NASA RP 1092（1142）试验件尺寸大，制作复杂，后来国内大量使用较小尺寸的SACMA SRM-2R-88(94)，所得试验结果也被称为CAI。45/0/-45/906s、45/0/-45/904s 150 x100 mm 16 mm冲击头 6.67J/mm能量 5.2 冲击及冲击后压缩试验方法概述 2005年，ASTM D 30委员会在长期的使用、研究基础上，将SCAMA标准拆分为两个标准，即：ASTM 7136测量落锤冲击损伤阻抗 ASTM 7137测量含损伤层压板压缩强度的试验方法 并不再把它作为专门用于测量CAI值的试验方法，也不再提及韧

27、性的评定，而是推而广之，分别作为损伤阻抗和含损伤层压板压缩强度的试验方法。厚度4.06.0 mm，目标厚度为5.0 mm，多向层压板（对预浸带层压板纤维方位至少为3个，对织物层压板至少2个铺层方位）5.3 冲击及冲击后D 7136/D 71371 试验件5.3 冲击及冲击后D 7136/D 71372 试验夹具 至少20 mm厚的铝板或钢板 板中的开口应为751 mm1251 mm5.3 冲击及冲击后D 7136/D 71372 试验夹具a)尺寸测量。在试验件工作段内测量两个宽度和四个厚度；b)冲击试验采用16mm的半球形钢制冲击头，调试冲击能量（6.7J/mm），直至误差小于5%；c)正式冲

28、击前在试验件中心点位置作好标记，确定冲击位置；d)试样安装：将试验件放置于冲击支持夹具中，用四个压头固定好试验件，使试验件冲击点与冲击头对中；3 试验流程5.3 冲击及冲击后D 7136/D 7137e)以规定的能量对试验件中心进行冲击：释放砝码，冲击后立即将垫板置于试验件上，以防止二次冲击；f)从支持夹具中取出试验件，测量冲击点凹坑深度，计算冲击能量，并记录；g)试验结束后，采用超声C扫描检测方法检测试件内部的损伤状况；3 试验流程5.3 冲击及冲击后D 7136/D 7137h)在试样两面背对背地粘贴应变片；i)试验件安装：把试验件装到夹具中，使试样的机加端与夹具上下两半的端头平齐，通过调

29、节侧板和滑动板使试样对中，以保证试样垂直于夹具底板。用手拧紧侧板和滑动板以及顶板上滑动板的螺栓，以保证对试验件的支持；用塞尺检查试样与侧板/滑动板之间的间隙，必要时可使用垫片，保证间隙小于0.05mm；用7Nm的扭矩拧紧连接侧板与滑动板的夹具螺栓；j)把试验夹具在压缩平台上，调节夹具的垂直轴与试验方向的对中；2（4）1（3）应变片损 伤区2525255.3 冲击及冲击后D 7136/D 71373 试验流程k)载荷对中：以1.25 mm/min横梁速率对试样施加压缩载荷，到预期破坏载荷的10%同时记录数据，以相等的卸载速率把压缩载荷降低到150N，以检查应变输出以便对中；l)应变核查：应变快速发散，或弯曲百分数By迅速增长表明壁板失稳。若出现上述任一情况，或By超过10%，需要检查夹具、试样和加载平台，按需要调节侧板和滑动板，以及平台，以确保By小于10%；m)以1.25 mm/min横梁速率对试验件施加压缩载荷，连续采集数据。对试样加载到最大载荷，当最大载荷下降了约30%时，停止试验，防止损环试验夹具，记录最大破坏载荷和破坏模式；n)试验结束后，对试验件破坏模式进行拍照，并按照试验件标签分组装袋保存，具有可追溯性。3 试验流程5.3 冲击及冲击后D 7136/D 71375.3 冲击及冲击后D 7136/D 7137谢 谢！