聚合物基復合材料層壓板拉伸性能標準試驗方法（D 3039）

1、.ASTM 標準：D 3039/D 3039M00聚合物基復合材料拉伸性能標準試驗方法本試驗方法由ASTM的復合材料委員會D30審定，并由單層和層壓板試驗方法專業(yè)委員會D30.04直接負責。當前版本于2000年4月10日批準，2000年7月出版。最初出版為：D 303971T。上一版本為：D 303995a。Standard Test Method for Tensile Propertiesof Polymer Matrix Composite Materials1 范圍1.1 本試驗方法適用于測定高模量纖維增強的聚合物基復合材料的面內(nèi)拉伸性能。復合材料形式限定于連續(xù)或不連續(xù)纖維增強的復合材

2、料，且層壓板關(guān)于試驗方向是均衡、對稱的。1.2 以國際單位（SI）或英制單位（inchpound）給出的數(shù)值可以單獨作為標準。正文中，英制單位在括號內(nèi)給出。每一種單位制之間的數(shù)值并不嚴格等值，因此，每一種單位制都必須單獨使用。由兩種單位制組合的數(shù)據(jù)可能導致與本標準的不相符。1.3 本標準并未打算提及，如果存在的話，與使用有關(guān)的所有安全性問題。在使用本標準之前，本標準的用戶有責任建立合適的安全與健康的操作方法，以及確定規(guī)章制度的適用性。2 參考文獻2.1 ASTM標準D 792 置換法測量塑料的密度和比重（相對密度）的試驗方法 ASTM標準年鑒，Vol 08.01。；Test Methods f

3、or Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by DisplacementD 883 與塑料有關(guān)的術(shù)語2；Terminology Relating to PlasticsD 2584 固化增強樹脂的灼燒損失試驗方法 ASTM標準年鑒，Vol 08.02。；Test Method for Ignition Loss of Cured Reinforced ResinsD 2734 增強塑料孔隙含量試驗方法3；Test Method for Void Content of Reinforced PlasticsD 3

4、171 復合材料的組分含量試驗方法 ASTM標準年鑒，Vol 15.03。；Test Methods for Constituent Content of Composites MaterialsD 3878 復合材料術(shù)語4；Terminology for Composite MaterialsD 5229/D 5229M 聚合物基復合材料的吸濕性能及平衡狀態(tài)調(diào)節(jié)試驗方法4；Test Method for Moisture Absorption Properties and Equilibrium Conditioning of Polymer Matrix Composite Materia

5、lsE 4 試驗機力標定操作規(guī)程 ASTM標準年鑒，Vol 03.01。；Practices for Force Verification of Testing MachinesE 6 與力學試驗方法有關(guān)的術(shù)語5；Terminology Relating to Methods of Mechanical TestingE 83 引伸計分類及標定的操作規(guī)程5；Practice for Verification and Classification of ExtensometersE 111 楊氏模量、正切模量及弦向模量試驗方法5；Test Method for Youngs Modulus, T

6、angent Modulus, and Chord ModulusE 122 選擇樣本尺寸用以估計批次或工藝質(zhì)量測量的操作規(guī)程 ASTM標準年鑒，Vol 14.02。；Practice for Choice of Sample Size to Estimate a Measure of Quality for a Lot or ProcessE 132 室溫下泊松比試驗方法5；Test Method for Poissons Ratio at Room TemperatureE 177 ASTM試驗方法中各項精度和偏差的使用的操作規(guī)程6；Practice for Use of the Term

7、s Precision and Bias in ASTM Test MethodsE 251 粘貼式金屬電阻應(yīng)變片特性試驗方法5；Test Methods for Performance Characteristics of Metallic Bonded Resistance Strain GagesE 456 與質(zhì)量和統(tǒng)計有關(guān)的術(shù)語6；Terminology Relating to Quality and StatisticsE 691 由實驗室的結(jié)果確定一種試驗方法的精度的操作規(guī)程6；Practice for Conducting an Interlaboratory Study to

8、Determine the Precision of a Test MethodE 1012 拉伸載荷下試樣對中標定的操作規(guī)程5；Practice for Verification of Specimen Alignment Under Tensile LoadingE 1237 粘貼式電阻應(yīng)變片安裝指南5；Guide for Installing Bonded Resistance Strain Gages3 術(shù)語3.1 定義術(shù)語D 3878定義了與高模量纖維及其復合材料有關(guān)的術(shù)語。術(shù)語D 883定義了與塑料有關(guān)的術(shù)語。術(shù)語E 6定義了與力學試驗有關(guān)的術(shù)語。術(shù)語E 456和操作規(guī)程E 177

9、定義了與統(tǒng)計有關(guān)的術(shù)語。當各個標準定義的術(shù)語之間發(fā)生矛盾時，術(shù)語D 3878優(yōu)先于其他標準。3.2 本標準專用術(shù)語定義：注釋如果術(shù)語表示一個物理量，它的分析量綱以基本量綱的形式緊跟在該術(shù)語（或文字符號）后面予以說明。方括號內(nèi)所示的基本量綱采用下面的ASTM標準符號：質(zhì)量為M，長度為L，時間為T，熱力學溫度為，無量綱量為nd。由于不帶方括號時以上這些符號可能有其他的定義，因此這些符號在帶方括號時的使用僅限于分析量綱。3.2.1 名義值僅存在于名稱中的值，出于方便表示的目的指定了一個可測量的參數(shù)。公差可能被作為一個名義值，用于為參數(shù)確定一個可接受的范圍。3.2.2 過渡區(qū) 應(yīng)力應(yīng)變或應(yīng)變應(yīng)變曲線上

10、的一個應(yīng)變區(qū)，即曲線斜率明顯改變的區(qū)域，產(chǎn)生于一個很小的應(yīng)變范圍內(nèi)。3.2.3 過渡應(yīng)變，transition在一條雙線性應(yīng)力應(yīng)變或應(yīng)變應(yīng)變曲線上的兩條基本上線性部分之間的過渡區(qū)中間范圍的應(yīng)變值。3.2.3.1 討論加載時，許多長絲復合材料基本上顯示出雙線性特性，例如縱向應(yīng)力-縱向應(yīng)變或橫向應(yīng)變-縱向應(yīng)變的關(guān)系曲線圖。不同的原因?qū)е铝诉^渡區(qū)的存在，常見的例子包括：拉伸載荷下的基體裂紋和單層之間的分層。3.3 符號：3.3.1 A試樣最小橫截面面積。3.3.2 By對于矩形橫截面的單軸試樣，關(guān)于試樣y軸（窄方向）的彎曲百分比。3.3.3 Bz對于矩形橫截面的單軸試樣，關(guān)于試樣z軸（寬方向）的彎曲

11、百分比。3.3.4 CV給定性能的樣本的離散系數(shù)（以百分數(shù)表示）。3.3.5 E試驗方向上的彈性模量。3.3.6 Ftu試驗方向上的極限拉伸強度。3.3.7 Fsu試驗方向上的極限剪切強度。3.3.8 h試樣厚度。3.3.9 Lg引伸計標距。3.3.10 Lmin所需的粘接加強片的最小長度。3.3.11 n每個樣本的試樣數(shù)。3.3.12 P試樣承受的載荷。3.3.13 Pf試樣破壞時承受的載荷。3.3.14 Pmax試樣破壞前承受的最大載荷。3.3.15 sn-1給定性能的樣本的標準差。3.3.16 w試樣寬度。3.3.17 xi給定性能在一個樣本中單個試樣的試驗結(jié)果。3.3.18 給定性能在

12、一個樣本中的平均值或均值（估計平均值）。3.3.19 拉伸位移。3.3.20 應(yīng)變的通用符號，無論是正應(yīng)變還是剪切應(yīng)變。3.3.21 應(yīng)變傳感器或引伸計上讀出的正應(yīng)變值。3.3.22 正應(yīng)力。3.3.23 v泊松比。4 試驗方法概述4.1 將具有常矩形橫截面的薄板狀試樣安裝于試驗機夾頭中，均勻施加拉伸載荷并記錄載荷值。由試樣破壞前的承受的最大載荷確定材料的極限強度。如果使用應(yīng)變或位移傳感器來測量試樣的應(yīng)變，則可以確定材料的應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)，從而得到材料的極限拉伸應(yīng)變、拉伸彈性模量、泊松比和過渡應(yīng)變。5 意義與用途5.1 制定本試驗方法是為了得到用于材料規(guī)范、研究與開發(fā)、質(zhì)量保證以及結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析的

13、拉伸性能數(shù)據(jù)。影響拉伸特性并應(yīng)該在報告中給出的因素包括：材料、材料制備和鋪貼、試件鋪層順序、試件制備、試件狀態(tài)調(diào)節(jié)、試驗環(huán)境、試件對中和夾持、試驗速度、在某一溫度下的時間、孔隙含量和增強體的體積百分比。從本試驗方法可獲得試驗方向的以下性能參數(shù)：5.1.1 極限拉伸強度；5.1.2 極限拉伸應(yīng)變；5.1.3 弦向拉伸彈性模量；5.1.4 泊松比；5.1.5 過渡應(yīng)變。6 影響因素6.1 材料和試件制備粗糙的材料加工操作方法、缺乏控制的纖維定位以及不適當?shù)脑嚇蛹庸ひ鸬膿p傷，是引起復合材料中材料數(shù)據(jù)高度分散的已知因素。6.2 夾持由于夾持而引起的破壞有很高的百分比，尤其是材料數(shù)據(jù)的分散性很大時，說

14、明試件的夾持出現(xiàn)問題。試件的夾持方法將在7.2.4節(jié)、8.2節(jié)和11.5節(jié)中討論。6.3 系統(tǒng)對中度過度彎曲引起試樣提前破壞，同時也使彈性模量出現(xiàn)較大偏差。應(yīng)盡量消除由試驗系統(tǒng)引起的過度彎曲。夾頭對中度不好、試件不合適地安裝于夾頭中或粗糙的試件制備引起的試件尺寸超出公差范圍，均可能導致試樣彎曲。如果懷疑試驗機的對中度，應(yīng)以7.2.5節(jié)中論述的方法檢查其對中度。6.4 角鋪層層壓板的邊緣效應(yīng)包含偏軸層的層壓板由于邊緣軟化從而引起提前破壞和出現(xiàn)較低的剛度，因此，角鋪層層壓板的強度和模量的測量值可能會過低。而對于含有0°鋪層的準各向同性層壓板，影響并不明顯。7 設(shè)備7.1 千分尺 用一個4

15、5mm0.160.20in.公稱直徑雙球面接觸面的千分尺測量試件厚度。用一個帶有平砧的千分尺測量試件寬度。儀器的精度應(yīng)滿足其最小讀數(shù)在試件寬度和厚度尺寸的1%以內(nèi)。對于典型試件的幾何尺寸，精度為±0.25µm±0.0001in.的儀器便能滿足對試件厚度的測量；精度為±25µm±0.001in.的儀器便能滿足對試件寬度的測量。7.2 試驗機試驗機應(yīng)與操作規(guī)程E 4相一致，并滿足以下要求：7.2.1 試驗機端頭試驗機應(yīng)有一個完全固定的端頭和一個移動端頭。7.2.2 傳動機構(gòu)試驗機的傳動機構(gòu)應(yīng)當能夠使移動加載頭相對于固定加載頭具有一個可控制

16、的速度。移動加載頭的速度能夠按照11.3節(jié)的規(guī)定可調(diào)。7.2.3 載荷指示器試驗機的載荷傳感器應(yīng)能指示試件承受的總載荷。該裝置應(yīng)在規(guī)定的試驗速率下無慣性滯后，且在整個載荷范圍內(nèi)給出的載荷精度應(yīng)在顯示值的±1%以內(nèi)。該相關(guān)載荷范圍可能對于要求的模量計算偏低，對于要求的強度計算偏高，或兩者同時存在。注1同一試驗中，為了在一個相關(guān)的大范圍內(nèi)獲得精確的載荷數(shù)據(jù)，例如，要確定彈性模量和極限載荷時，可以對于載荷單元及其標定提出特殊要求。對于某些儀器可能要求特殊的標定方法。對于某些材料和載荷單元的組合，不可能同時精度地測量彈性模量和極限強度，模量和強度的測量，必須采用不同載荷單元通過不同的試驗來實

17、現(xiàn)。7.2.4 夾頭試驗機的每一端頭應(yīng)帶有一個能夾持試件的夾頭，使得施加于試件上的載荷方向與試件的縱軸保持一致。夾頭應(yīng)具有足夠的側(cè)壓力，以防止夾持面與試件之間滑動。如果使用了加強片，則夾頭應(yīng)足夠長，超出加強片的斜削部分大約1015mm0.5in.。最理想的是使用具有旋轉(zhuǎn)自動對中功能的夾頭，以盡量減少試件的彎曲應(yīng)力。注2發(fā)現(xiàn)具有大約1鋸齒/mm的淺鋸齒形狀的夾持表面，在保持干凈、鋒利時非常適合在楔形夾頭中使用；粗糙的鋸齒可能使無加強片的試件出現(xiàn)由于夾持而導致的破壞。光滑的夾持表面已成功的應(yīng)用于液壓夾頭或金剛砂砂布表面，或兩者同時使用。圖1 系統(tǒng)對中度校核試樣應(yīng)變片布置圖7.2.5 系統(tǒng)對中度系統(tǒng)

18、對中度差主要引起提前破壞，或彈性性能數(shù)據(jù)分散，或兩者同時產(chǎn)生。操作規(guī)程E 1012敘述了拉伸試驗中的彎曲計算的指南和導致對中度差的潛在的原因。另外，在操作規(guī)程E 1012中，采用以下步驟可計算出拉伸時的彎曲程度。試件彎曲的計算將在11.6.1中敘述。7.2.5.1 在具有與試件類似尺寸和剛度的矩形校準試樣上，最少布置同一型號的三個縱向應(yīng)變片，于試件寬度方向上正面布置兩個，背面布置一個，如圖1所示。加載過程中，這些應(yīng)變片所顯示的應(yīng)變值的差別可以確定試件厚度平面（By）和寬度平面（Bz）上的彎曲量。應(yīng)變片位置通常應(yīng)位于試件工作段的中心（如果模量測量是重點）、夾頭附近（如果存在提前夾持破壞問題）、或

19、這些區(qū)域的組合。7.2.5.2 評估系統(tǒng)對中度時，建議用同一試件通過四種可能的安裝方式（相對于初始位置）來校核對中度。四種安裝方式分別為：初始位置（上端-前表面朝向觀察者）、僅前后面旋轉(zhuǎn)（上端-后表面朝向觀察者）、僅上下端旋轉(zhuǎn)（下端-前表面朝向觀察者）、前后面和上下端同時旋轉(zhuǎn)（下端-后表面朝向觀察者）。這四組數(shù)據(jù)集可以判別彎曲是由系統(tǒng)自身還是由對中度校核試件或測量計的公差引起的。7.2.5.3 在夾持前或夾持后調(diào)出零應(yīng)變點。在隨后的夾持過程、拉伸加載過程、或兩者同時進行的過程中，可以檢測對中度校核試件的應(yīng)變響應(yīng)。式(1)(3)使用應(yīng)變測量值來計算對中度校核試件的每一彎曲平面上的彎曲應(yīng)變相對于平

20、均拉伸應(yīng)變的百分比以及總彎曲百分比，Btotal。繪制彎曲百分比與軸向平均應(yīng)變關(guān)系圖，有利于了解系統(tǒng)彎曲特性的趨勢。7.2.5.4 夾持過程中產(chǎn)生破壞的問題，可通過測量夾持過程中夾頭附近區(qū)域的彎曲應(yīng)變來解釋。模量數(shù)據(jù)分散性過大的問題，可能是由于計算彎曲應(yīng)變時載荷超過了模量計算時的典型傳感器的范圍而引起的。過多的靠近夾頭的破壞，可歸結(jié)在測量夾頭附近的彎曲應(yīng)變時載荷水平過高。當系統(tǒng)不對中度的主要原因來自于材料和位置時，合理的試驗方法通常能在中等應(yīng)變水平（>1000µe）下將彎曲百分比控制35%的范圍內(nèi)。試驗中如果系統(tǒng)的彎曲過大，則應(yīng)重新調(diào)整或修正。 (1) (2)式中：By=關(guān)于系

21、統(tǒng)y軸（窄平面）的彎曲百分比，通過公式1計算，%；Bz=關(guān)于系統(tǒng)z軸（寬平面）的彎曲百分比，通過公式2計算，%：=分別為應(yīng)變片1，2，3的縱向應(yīng)變值，如圖1所示，me；?？倧澢繛椋?(3)7.3 應(yīng)變指示裝置如果要求，載荷應(yīng)變數(shù)據(jù)可以通過應(yīng)變傳感器或引伸計來測量。應(yīng)變指示裝置與試件的連接不應(yīng)導致試件表面的損傷。如果要測定泊松比，應(yīng)測定試件的縱向和橫向應(yīng)變。如果要測定彈性模量，則應(yīng)同時測定試件正反兩面的縱向應(yīng)變，以便對試件的彎曲效應(yīng)進行修正（詳細說明見11.6）。7.3.1 粘貼式電阻應(yīng)變片的選擇應(yīng)變片的選擇基于材料類型。對于大多數(shù)材料，推薦使用有效長度為6mm0.25in.的應(yīng)變片。應(yīng)變片有

22、效長度不能小于3mm0.125in.7典型的應(yīng)變片應(yīng)有0.25.in.長的有效標距、350電阻、3%或更好的應(yīng)變率、以及適當?shù)沫h(huán)境電阻和導熱系數(shù)。應(yīng)變片的標定應(yīng)遵守試驗方法E 251。對于機織物層壓板試驗，應(yīng)變片的選擇應(yīng)該考慮到應(yīng)變片的有效長度至少應(yīng)大于機織物的特征重復單元。關(guān)于復合材料的應(yīng)變片使用的一些指南如下文所述。常用的參考資料來自Tuttle和Brinson8 Tuttle.M.E.和Brinson.H.F.，“應(yīng)用于復合材料的電阻薄片應(yīng)變片技術(shù)”，實驗力學，Vol.24，No.1，1984.4，第5456頁；勘誤表，注釋在Vol.26，No.2，1986.6，第153154頁。7.3

23、.1.1 與操作規(guī)程E 1237相一致的纖維增強的復合材料的表面處理，可能穿透基體材料并引起增強纖維損傷，從而導致不恰當?shù)脑嚰茐?。在表面處理過程中，不能使增強纖維裸露或損傷。在制定關(guān)于纖維增強復合材料的應(yīng)變片粘貼表面處理的標準操作規(guī)程之前，應(yīng)變片制造廠應(yīng)提供關(guān)于表面處理的指南和推薦用于復合材料的膠粘劑。7.3.1.2 應(yīng)考慮選擇具有較大電阻的應(yīng)變片，以便減少低導電率材料的熱影響，最好使用350或更高電阻的應(yīng)變片。另外，應(yīng)考慮使用與預期精度（推薦12V）相符的盡可能小的應(yīng)變片激勵電壓，以便更好的降低應(yīng)變片的能耗。應(yīng)變片導致試樣發(fā)熱可能直接影響材料的性能，或者可能影響顯示的應(yīng)變值，這是由應(yīng)變片溫

24、度補償系數(shù)和試樣材料的熱膨脹系數(shù)之間的不同而引起的。7.3.1.3 即使是在標準實驗室大氣環(huán)境下進行試驗，也推薦采用多種溫度補償方式。非室溫環(huán)境試驗要求進行溫度補償。7.3.1.4 應(yīng)考慮應(yīng)變片的橫向靈敏度。應(yīng)變片制造廠家應(yīng)給出橫向靈敏度的修正方法和對復合材料的影響關(guān)系。這對用于測定泊松比的橫向安裝的應(yīng)變片是非常重要的，如注11所述。7.3.2 引伸計對于大多數(shù)使用情況，引伸計標距應(yīng)在1050mm0.52.0in.范圍之內(nèi)。引伸計至少應(yīng)滿足操作規(guī)程E 83、B1級有關(guān)應(yīng)變范圍的要求，且應(yīng)在與操作規(guī)程E 83相符的應(yīng)變范圍內(nèi)進行標定。對于特別硬的材料或?qū)τ跈M向應(yīng)變的測量，B1級引伸計允許的固定誤

25、差可能很大，應(yīng)考慮使用A級引伸計。在特定的試驗速度下，引伸計不能有慣性滯后，并且引伸計的重量不能產(chǎn)生大于6.3中允許的彎曲應(yīng)變。注3對引伸計標定設(shè)備的位移精度要求較低時，對較長標距的引伸計進行應(yīng)變標定通常并不困難。7.4 調(diào)節(jié)箱在非試驗室環(huán)境下調(diào)節(jié)材料時，要求使用溫度/濕度可控的環(huán)境調(diào)節(jié)箱，并能將溫度保持在所要求溫度的±3°C±5°F以內(nèi)，濕度保持在所要求濕度的±3%以內(nèi)。調(diào)節(jié)箱的環(huán)境條件在正常范圍內(nèi)應(yīng)能連續(xù)自動或手動控制。7.5 環(huán)境試驗箱對于不同于大氣環(huán)境的試驗室條件的試驗環(huán)境，要求采用環(huán)境試驗箱。環(huán)境箱能使試件的工作段在力學試驗期間保持在

26、要求的試驗環(huán)境下。8 取樣和試件8.1 取樣對每種試驗情況至少應(yīng)進行5個試件的試驗，除非利用較少的試件可以得到有效的結(jié)果，如設(shè)計試驗的情況。為了得到具有統(tǒng)計意義的數(shù)據(jù)，應(yīng)參考操作規(guī)程E 122中所述的方法，并給出取樣方法。注4如果試件要經(jīng)過環(huán)境調(diào)節(jié)達到平衡，且具有相同的類型或幾何尺寸，但通過稱量試件本身的重量并不能正確測量試件的重量變化（例如有加強片的試件），這時，可采用具有相同名義厚度和適當尺寸的隨爐件（無加強片）來確定需調(diào)節(jié)的試件是否達到平衡。8.2 幾何形狀力學試驗試件的設(shè)計，尤其是使用加強片的試件，在很大程度上還是一種技巧，且并不科學，夾持面的工程設(shè)計方法也沒有得到工業(yè)界的一致認同。對

27、于特定材料體系和在試驗室內(nèi)通常遇到的環(huán)境條件，每個主要復合材料試驗試驗室都發(fā)展了夾持方法。比較這些方法，發(fā)現(xiàn)它們之間有很大的不同，這使得很難形成一個通用的方法或一套方法?；谏鲜鲈?，試件幾何形狀的定義需通過以下三個等級確定，這些將在下面各節(jié)中論述：用途幾何形狀定義尺度8.2.1一般要求強制性的形狀和公差8.2.2特別推薦非強制性、建議的尺寸8.2.3詳細實例非強制性的標準方法8.2.1 一般要求：8.2.1.1 形狀、尺寸和公差試件形狀、尺寸和公差的所有要求如表1所示。8.2.1.2 加強片的使用加強片一般不要求。試件公差和夾持方法選擇的要點是，將載荷成功的引入到試件和防止試件由于明顯的載荷

28、突變而引起的提前破壞。因此，確定使用加強片和加強片的主要設(shè)計參數(shù)的依據(jù)是其最終的結(jié)果為：可接受的破壞模式和破壞部位。如果可接受的破壞模式出現(xiàn)的頻率很高，則不需要改變已使用的夾持方法（見11.10節(jié)）。8.2.2 特別推薦：8.2.2.1 寬度、厚度和長度選擇試件寬度和厚度，以使試件在工作段破壞并確保試件的橫截面含有足夠數(shù)量的纖維，使其成為統(tǒng)計上地大多數(shù)材料的樣本。試件長度通常應(yīng)充分地大于由較小的夾持偏心率引起的最小彎曲應(yīng)力所對應(yīng)的最低要求的長度。工作段與夾持部分之間保持適當遠的距離，并使大量材料承受應(yīng)力，因此來產(chǎn)生一組統(tǒng)計有效的結(jié)果。按表1中對試件形狀的最低要求，并不足以給出一個適當尺寸和公差

29、的試件，因此，表2提供了典型材料結(jié)構(gòu)的其他重要尺寸的推薦值。通過若干試驗室的試驗，發(fā)現(xiàn)對于大多數(shù)材料體系，這些幾何尺寸能夠得到可接受的破壞模式，但是，這些幾何尺寸并不能確保每一種現(xiàn)有的或未來的材料體系都能試驗成功。表1 拉伸試件幾何形狀要求參 數(shù)要 求試樣要求：形狀恒定的矩形橫截面最小長度夾持長度+2倍寬度+工作段試件寬度所需寬度A試件寬度公差寬度的±1%試件厚度所需厚度試件厚度公差厚度的±4%試件平面度用手指輕壓感覺為平坦加強片要求（如果使用）：加強片材料所需材料纖維方向（復合材料加強片）所需方向加強片厚度所需厚度加強片之間厚度變化范圍加強片厚度的±1%加強片加

30、強片斜削角度590°加強片從斜削面到試件的臺階光滑且不能損壞試件A 見8.2.2節(jié)或表2所推薦的表2 推薦的拉伸試件幾何尺寸A纖維方向?qū)挾萴min.總長度mmin.厚度mmin.加強片長度mmin.加強片厚度mmin.加強片錐面角度，°單向0°15 0.5250 10.01.0 0.04056 2.251.5 0.0627或90單向90°25 1.0175 7.02.0 0.08025 1.01.5 0.06290對稱均衡25 1.0250 10.02.5 0.100金剛砂布隨機不連續(xù)25 1.0250 10.02.5 0.100金剛砂布A 表中的尺寸和

31、圖2或圖3中的公差僅為推薦使用，只要與表1中要求的相符，也可以改變。8.2.2.2 夾持/加強片的使用許多材料結(jié)構(gòu)，例如多向?qū)訅喊濉⒖椢镌鰪姴牧匣螂S機增強的薄片成型混合材料，不使用加強片都能成功地試驗。但是，將單向材料（或一個方向占主導作用的層壓板）在纖維方向加載到破壞時，強烈推薦使用加強片。為了防止出現(xiàn)夾持損傷，單向材料在基體方向上的試驗也可能要求使用加強片。8.2.2.3 加強片幾何形狀表2給出了典型材料結(jié)構(gòu)的重要尺寸的推薦值。通過若干試驗室的試驗，發(fā)現(xiàn)對于大多數(shù)材料體系，這些幾何尺寸能夠得到可接受的破壞模式，但是，這些幾何尺寸并不能確保每一種現(xiàn)有的或未來的材料體系都能試驗成功。能使試件在

32、工作段內(nèi)成功地發(fā)生拉伸破壞的加強片結(jié)構(gòu)的選擇，依賴于試件材料、試樣鋪層方向和使用的夾頭類型。當小心的使用壓力作用的非楔形夾頭時，方形90°的加強片得到了成功地使用。楔形夾頭和帶有較小倒角(7-10°)且光滑過渡到試樣的加強片也得到了非常成功地使用。出于對中目的，加強片的厚度必須相同。8.2.2.4 摩擦加強片試驗時，加強片并不總是粘接在試驗材料上才能以有效地將載荷傳遞到試件上。摩擦加強片，未粘接的加強片通過夾頭壓力保持在某一位置，以及在加強片和試件之間經(jīng)常使用砂布或一些別的粗金剛砂，已在某些試驗中得到了成功地應(yīng)用。在特定情況下，淺鋸齒狀楔形夾頭（見注2）通過在夾頭與試件之間

33、的接觸面上使用砂布也得到了成功地應(yīng)用，但是，使用的金剛砂必須能經(jīng)受較大的壓縮載荷。試驗中發(fā)現(xiàn)有些類型的砂布由于金剛砂的碎裂而失去作用9 Norton公司生產(chǎn)的EZ韌性金屬K224織物、粗砂120J的砂布，Tory，NY12181，被發(fā)現(xiàn)在實際使用中非常合適。其他同樣類型的金剛砂砂布也適合使用。8.2.2.5 加強片材料最常用的粘接式加強片的材料是連續(xù)E玻璃纖維增強的聚合物基材料（機織物或無緯布），其結(jié)構(gòu)形式為0/90ns層壓板，該加強片材料一般與加載方向成45°角，以提供一個軟接觸面。得到成功使用的其他結(jié)構(gòu)，包括鋼加強片或由試件相同的材料制成的加強片。8.2.2.6 粘貼式加強片的長

34、度使用粘貼式加強片時，用下面的簡單公式估算粘貼式加強片的最小長度值。由于這個公式并未計算在膠結(jié)接頭端部的最大應(yīng)力，因此這個公式所計算的加強片長度通常應(yīng)再加長，以減少接頭失效的概率。 (4)式中：Lmin=所需粘貼式加強片的最小長度，mmin；Ftu=試樣材料的極限拉伸強度，MPapsi；h=試樣厚度，mmin；Fsu=膠粘劑、試件材料或加強片材料的極限剪切強度（取最小值），MPapsi。8.2.2.7 粘貼式加強片膠粘劑當粘接時，任何符合環(huán)境要求的高伸長率（韌性）膠粘劑均可用于加強片與試驗材料的粘貼。粘貼加強片時，最小厚度的均勻膠層能很好的減小不希望有的應(yīng)力。8.2.3 詳細實例8.2.1節(jié)中

35、敘述的試件設(shè)計的最基本的要求并不足以繪制出合適尺寸和公差的試件圖。圖2（SI）和圖3（inchpound）分別給出了有加強片和無加強片兩種形式的尺寸公差試件示意圖的例子。盡管這些圖中的公差已確定，但對于表2中推薦的所有結(jié)構(gòu)形式，它必須滿足表1的要求。對于某一特定的結(jié)構(gòu)形式，圖2和圖3中的公差可能并不嚴格。8.3 試件制備8.3.1 壁板制造纖維直線度的控制是非常重要的，纖維直線度差將降低材料測量的性能，不規(guī)則的纖維排列也將增大離散系數(shù)。報告中應(yīng)給出壁板的制備方法。8.3.2 機械加工方法試件的制備非常重要。試件應(yīng)單獨模壓成型，以避免邊緣和切割效應(yīng)或從平板上切割試件。如果試件是從平板上切割下來的

36、，應(yīng)采取相應(yīng)的措施以避免由于不適當?shù)募庸し椒ǘ鹎锌?、劃痕、粗糙或不平的表面、或者分層，并通過水潤滑的精確切割、碾磨或磨削，得到試件最終尺寸。對于多數(shù)材料體系，使用金剛砂工具是非常有效的。試件邊緣的平直度和平行度應(yīng)在規(guī)定的公差范圍內(nèi)。8.3.3 標記為了便于區(qū)分試件，且能追溯到原材料，應(yīng)對試件作標記，在某種意義上，試件的標記應(yīng)既不受試驗的影響，又不影響試驗。9 標定9.1 所有測量儀器的精度應(yīng)已標定過，并在有效使用期內(nèi)。10 狀態(tài)調(diào)節(jié)10.1 標準狀態(tài)調(diào)節(jié)方法作為試驗的一部分，除非規(guī)定了不同的環(huán)境條件，否則應(yīng)按試驗方法D 5229/D 5229M中的方法C對試件進行狀態(tài)調(diào)節(jié)，并在標準試驗室大

37、氣環(huán)境（23±3°C73±5°F和50±10%相對濕度）中儲存和試驗。圖注：(1) 圖紙標注與ANSI Y14.5M-1982一致，并遵循下列條件：(2) 以mm為單位的所有帶小數(shù)的尺寸的公差如下：無小數(shù).×.××±3±1±0.3(3) 所有角度的公差為：±0.5°；(4) 鋪層方向公差為：相對于基準面 -A- ±0.5°；(5) 機械加工邊緣的光潔度不能超過1.6 （符號與ASA B46.1一致，粗糙度以mm為單位）； (6) 下面提供的值，適

38、用于繪圖區(qū)所示的所有范圍：材料、鋪層、相對于 -A- 的鋪層方向、總長度、工作段長度、試樣厚度、加強片材料、加強片厚度、加強片長度、加強片斜面角度、加強片膠粘劑。(7) 該區(qū)域不允許膠粘劑結(jié)塊。圖注：(1) 圖紙標注與ANSI Y14.5M-1982一致，并遵循下列條件：(2) 以in為單位的所有帶小數(shù)的尺寸的公差如下：.´.xx.xxx±0.1±0.03±0.001(3) 所有角度的公差為：±0.5°；(4) 鋪層方向公差為：相對于基準面 -A- ±0.5°；(5) 機械加工邊緣的光潔度不能超過64 （符號與AS

39、A B46.1一致，粗糙度以m-in為單位）； (6) 下面提供的值，適用于繪圖區(qū)所示的所有范圍：材料、鋪層、相對于 -A- 的鋪層方向、總長度、工作段長度、試樣厚度、加強片材料、加強片厚度、加強片長度、加強片斜面角度、加強片膠粘劑。(7) 該區(qū)域不允許膠粘劑結(jié)塊。11 試驗步驟11.1 試驗前規(guī)定的參數(shù)：11.1.1 拉伸試件取樣方法、試樣類型和幾何形狀和狀態(tài)調(diào)節(jié)的隨爐件（如果需要）。11.1.2 拉伸性能和數(shù)據(jù)的報告形式。注5試驗前確定特定的材料參數(shù)、精度和數(shù)據(jù)的報告要求，以便適當?shù)倪x擇測試儀器和數(shù)據(jù)記錄設(shè)備。估計工作應(yīng)力和應(yīng)變水平，以便于選擇傳感器、標定儀器和確定儀器設(shè)置。11.1.3

40、環(huán)境調(diào)節(jié)試驗參數(shù)11.1.4 如果進行了試驗，用于確定密度和增強體體積的取樣方法、試件幾何形狀和試驗參數(shù)。11.2 一般說明11.2.1 報告試驗方法的任何偏差，無論是有意還是無意的。11.2.2 如果報告了比重、密度、增強體體積或空隙體積，那么必須從進行拉伸試驗的同一塊板上取樣。比重和密度由試驗方法D 792得到。由試驗方法D 3171的基體溶解方法，或者，對于特定的增強材料，例如玻璃和陶瓷，用試驗方法D 2584中的基體蒸發(fā)方法，來計算組分材料的體積百分比。試驗方法D 2734中的空隙含量計算公式可用于試驗方法D 2584和基體溶解方法。11.2.3 在最終的試件加工和狀態(tài)調(diào)節(jié)之后，但在拉

41、伸試驗前，在工作段內(nèi)三個不同的位置由A=w´h確定試件的面積，并給出以上三個位置測量面積的平均值，其精度如7.1節(jié)中所述。記錄該平均面積，其單位為mm2in2。11.3 試驗速度設(shè)置試驗速度，使得在工作段內(nèi)能產(chǎn)生一個幾乎恒定的應(yīng)變率。如果試驗機無法實現(xiàn)應(yīng)變控制模式，則通過重復的控制和調(diào)節(jié)加載速率，并測量應(yīng)變傳感器與時間的響應(yīng)關(guān)系，便可近似的保持一個幾乎恒定的應(yīng)變率。應(yīng)變率的選擇應(yīng)使試件在110分鐘內(nèi)破壞。如果不能合理地估算材料的極限應(yīng)變，則最初的試驗應(yīng)以標準速度進行，直到獲得材料的極限應(yīng)變和系統(tǒng)的柔度，從而可以調(diào)節(jié)應(yīng)變率。建議的標準速度為：11.3.1 應(yīng)變控制試驗標準應(yīng)變率為0.0

42、1/min。11.3.2 恒定夾頭速度試驗標準的橫梁位移速率為2mm/min0.05mm/min。注6在具有高柔度的試驗機系統(tǒng)中，使用某一固定夾頭速度可能使得應(yīng)變率大大低于所要求的應(yīng)變率。使用楔形夾頭，特別是使用柔性加強材料，會導致附加的系統(tǒng)柔度。某些情況下，實際應(yīng)變率比從橫梁速率估算的應(yīng)變率低1050倍。11.4 試驗環(huán)境將試件調(diào)節(jié)到期望的濕度，如果可能，在與狀態(tài)調(diào)節(jié)的液體暴露水平相同的情況下進行試驗。然而，有許多實例，如對一個潮濕的試件進行升溫試驗，將其放置在普通試驗機環(huán)境箱中是不切實際的。這種情況下，就可能需要對力學試驗環(huán)境進行改進，如在無液體暴露控制下進行升溫試驗，但從調(diào)節(jié)箱內(nèi)取出到試

43、件破壞要有一個規(guī)定的時間限制。應(yīng)記錄對試驗環(huán)境的任何改進。11.4.1 如果試驗環(huán)境與狀態(tài)調(diào)節(jié)環(huán)境不同，則應(yīng)在要求的狀態(tài)調(diào)節(jié)環(huán)境中存貯試件，直到試驗開始。11.5 試件安裝將試件放入試驗機夾頭中，仔細地將被夾持試件的縱軸與試驗方向?qū)R。擰緊夾頭，記錄壓力控制（液壓或氣壓）夾頭的壓力。注7楔形夾頭夾塊的端部應(yīng)在試件放入后相互保持平齊，以避免產(chǎn)生彎曲力矩從而導致試件在夾持端提前破壞。對于不使用加強片的試件，在試件表面與夾塊之間放置一層折成條狀的中度粒度（80150粒）砂布（砂礫面朝向試件），以便對表面無鋸齒狀損傷的試件提供不產(chǎn)生滑移的夾持。對于使用加強片的試件，將試件裝入到夾持端，夾塊應(yīng)伸出到試件

44、加強片斜面部分起點外大約1015mm0.5in。加強片伸到夾塊外的試件，因過度的層間應(yīng)力而容易在加強片端部發(fā)生破壞。11.6 傳感器的安裝如果用粘貼在試件上的應(yīng)變顯示傳感器測量應(yīng)變響應(yīng)，則應(yīng)變顯示傳感器應(yīng)關(guān)于試件的縱軸和橫軸對稱，將應(yīng)變記錄儀與試件上的應(yīng)變傳感器進行連接。11.6.1 測定彈性模量時，建議每組試件中至少用一個試件背對背的粘貼軸向傳感器，在表3所示的軸向平均應(yīng)變檢測點（適當?shù)南蚁蚰Ａ繎?yīng)變范圍的中間范圍），用公式5來計算彎曲百分比，。如果彎曲百分比不超過3%，則可使用單個傳感器。彎曲百分比大于3%時，建議背對背粘貼傳感器來測量平均應(yīng)變。 (5)式中:=正面?zhèn)鞲衅黠@示的應(yīng)變，me；=

45、背面?zhèn)鞲衅黠@示的應(yīng)變，me；=試件彎曲百分比。11.7 加載以特定的加載速率對試件加載，直到試件破壞，同時記錄數(shù)據(jù)。11.8 數(shù)據(jù)記錄連續(xù)或定期記錄載荷-應(yīng)變（或傳感器位移）數(shù)據(jù)。如果觀測到過渡區(qū)或第一層破壞，則記錄該點的載荷、應(yīng)變和損傷模式。如果試件破壞，則記錄最大載荷、破壞載荷以及破壞瞬間或盡可能接近破壞瞬間的應(yīng)變（或傳感器位移）。注8記錄能解釋試驗的異常和夾持或試件打滑問題的有價值的其他數(shù)據(jù)，包括載荷-夾頭位移數(shù)據(jù)和載荷-時間數(shù)據(jù)。11.9 破壞模式記錄試件的破壞模式和破壞區(qū)域。如果可能，選用基于三部破壞模式代碼的標準描述方法，該代碼見圖4。11.10 夾持/加強片破壞在一組試件中，如果

46、有相當高比例的破壞發(fā)生在加強片或夾持端附近的一個試件寬度范圍內(nèi)，則應(yīng)反復檢查載荷的引入方式。需要考慮的因素包括加強片直線度、加強片材料、加強片角度、加強片膠粘劑、夾持類型、夾持力和夾持對中度。第1個字母第2個字母第3個字母破壞類型代碼破壞區(qū)域代碼破壞部位代碼倒角A夾持/加強片內(nèi)部I底部B邊緣分層D夾持/加強片A頂部T夾持/加強片G距離夾持/加強片小于1倍寬度W左側(cè)L橫向L右側(cè)R多模式M（xyz）工作段G中間M縱向劈裂S多處M可變的V爆炸X可變的V未知U其它O未知U圖4 拉伸試驗破壞代碼/典型模式表3 試件對齊和弦向模量計算應(yīng)變范圍拉伸弦向模量計算縱向應(yīng)變范圍彎曲的縱向應(yīng)變檢查點，me起點，me

47、A終點，me1000B30002000A 1000me = 0.001絕對應(yīng)變B該應(yīng)變范圍將包含在應(yīng)力/應(yīng)變曲線的低應(yīng)變部分。多數(shù)材料低于6000me破壞，建議使用的一個應(yīng)變范圍為極限應(yīng)變的25%50%。12 計算12.1 拉伸應(yīng)力/拉伸強度用式(6)計算極限拉伸強度，結(jié)果保留三位有效數(shù)字。如果要計算拉伸模量，則用式(7)確定所要求的每一個數(shù)據(jù)點的拉伸應(yīng)力。 (6) (7)式中：Ftu=極限拉伸強度，MPapsi；Pmax=破壞前最大載荷，Nlbf；=第i個數(shù)據(jù)點的拉伸應(yīng)力，MPapsi；Pi=第i個數(shù)據(jù)點的載荷，N lbf；A=11.2.3節(jié)得到的平均橫截面積，mm2in2。12.2 拉伸應(yīng)

48、變/極限拉伸應(yīng)變?nèi)绻嬎憷鞈?yīng)變或極限拉伸應(yīng)變，并用引伸計測量材料的響應(yīng)，則需要測量公式8所要求的每一個數(shù)據(jù)點的、從位移值得到的拉伸應(yīng)變，結(jié)果保留三位有效數(shù)字。 (8)式中：=第i個數(shù)據(jù)點的拉伸應(yīng)變，me；=第i個數(shù)據(jù)點的引伸計位移，mmin；=引伸計標距，mmin。12.3 拉伸彈性模量注9為了將彎曲引起的潛在影響降至最小，建議用試件兩面所顯示的應(yīng)變的平均值作為計算彈性模量的應(yīng)變數(shù)據(jù)，如7.3節(jié)和11.6節(jié)中所述。12.3.1 拉伸弦向彈性模量從表3中選擇適當?shù)挠脕頊y定弦向模量的應(yīng)變范圍。由所得應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)用公式9來計算拉伸弦向彈性模量。如果在確定的應(yīng)變范圍的端點（常常以數(shù)字數(shù)據(jù)形式出現(xiàn)）

49、的數(shù)據(jù)無效，則使用與其最接近的有效數(shù)據(jù)點的數(shù)據(jù)。拉伸弦向彈性模量保留三位有效數(shù)字，給出計算中使用的應(yīng)變范圍。弦向模量的圖例見圖5。12.3.1.1 列表所示的應(yīng)變范圍僅適用于在給定應(yīng)變范圍內(nèi)沒有出現(xiàn)過渡區(qū)（應(yīng)力應(yīng)變曲線上斜率明顯變化的區(qū)域）的材料。如果在推薦的應(yīng)變范圍內(nèi)出現(xiàn)了過渡區(qū)，那么應(yīng)使用并記錄一個更合適的應(yīng)變范圍。 (9)式中：=弦向拉伸彈性模量，GPapsi；=表3中兩個應(yīng)變點之間拉伸應(yīng)力的差值，MPapsi；=表3中兩個應(yīng)變點應(yīng)變的差值，MPapsi（通常取0.002）。圖5 典型拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線12.3.2 拉伸彈性模量（其他定義）可以計算和記錄使用者自行定義的其他彈性模量。如果得

50、到并記錄了這樣的數(shù)據(jù)，應(yīng)給出其定義、所用的應(yīng)變范圍和試驗結(jié)果，結(jié)果保留三位有效數(shù)字。試驗方法E 111提供了用于確定彈性模量的其他指導。注10其他模量定義的一個例子為：對本質(zhì)上表現(xiàn)出雙線性應(yīng)力應(yīng)變特性的材料的次弦向彈性模量。次弦向模量的例子見圖5。12.4 泊松比：注11如果使用粘貼式阻抗應(yīng)變片，對于復合材料，由于橫向靈敏度對橫向應(yīng)變片的影響而引起的誤差通常大于金屬材料。泊松比的精確測量要求對該影響進行修正。應(yīng)變片制造廠家應(yīng)提供橫向靈敏度修正系數(shù)的相關(guān)資料。12.4.1 弦向法測定泊松比從表3中選擇適當?shù)南蚁蚰Ａ靠v向應(yīng)變范圍，（通過繪圖或其他方法）橫向應(yīng)變（垂直于加載方向）以及測量應(yīng)變范圍端點

51、的兩個縱向應(yīng)變（平行于加載方向）。如果在確定的應(yīng)變范圍末點的數(shù)據(jù)不可用（經(jīng)常以數(shù)字數(shù)據(jù)形式出現(xiàn)），則使用與之最接近的可用數(shù)據(jù)點的數(shù)據(jù)。用公式10計算并記錄泊松比，結(jié)果保留三位有效數(shù)字，同時記錄所用的應(yīng)變范圍。 (10)式中：=泊松比；=表3中兩個縱向應(yīng)變點之間橫向應(yīng)變的差值，me；=表3中兩個縱向應(yīng)變點之間縱向應(yīng)變的差值（名義上取0.001、0.002或0.005）。12.4.2 拉伸泊松比（其他定義）可以計算和記錄使用者自行定義的其他泊松比。如果得到并記錄了這樣的數(shù)據(jù)，應(yīng)給出其定義、所用的應(yīng)變范圍和試驗結(jié)果，結(jié)果保留三位有效數(shù)字。試驗方法E 132提供了用于確定彈性模量的其他指導。12.5

52、過渡應(yīng)變需要時，可以通過雙線性的縱向應(yīng)力-縱向應(yīng)變關(guān)系曲線或雙線性的橫向應(yīng)力-橫向應(yīng)變關(guān)系曲線來確定過渡應(yīng)變。分別對兩個線性區(qū)域作最佳的線性擬合或弦線，延長兩條直線直到它們相交，確定與交點相對應(yīng)的縱向應(yīng)變，結(jié)果保留三位有效數(shù)字，并記錄該值作為過渡應(yīng)變。報告應(yīng)說明線性擬合方法（如果使用）和確定線性擬合或弦線的應(yīng)變范圍。過渡區(qū)圖例見圖5。12.6 統(tǒng)計對于每批試驗，應(yīng)計算每一個需要測量的性能的平均值、標準差和離散系數(shù)（百分數(shù)）：(11)(12)(13)式中：=樣本的平均值；=樣本的標準差；CV=樣本的離散系數(shù)，以百分數(shù)表示；n=試件數(shù)量；=測量或?qū)С龅男阅苤怠?3 報告13.1 報告應(yīng)最大程度地給

53、出下列信息或含有這些信息的參考文獻（對超出一個給定試驗室范圍的事項，如關(guān)于材料細節(jié)或壁板加工參數(shù)，委托方有責任給出有關(guān)報告。）：13.1.1 本試驗方法的修訂版本級別或發(fā)布日期。13.1.2 試驗時間與地點。13.1.3 試驗人員姓名。13.1.4 任何與本試驗方法不同之處，試驗時出現(xiàn)的異常情況以及試驗時出現(xiàn)的設(shè)備問題。13.1.5 試驗材料的證明文件，包括：材料規(guī)格、材料類型、材料牌號、制造商、制造商的批號或爐號、來源(如果不是由制造廠家提供)、檢驗日期、有效期限、單絲直徑、纖維束或紗的支數(shù)與捻度、浸潤劑、結(jié)構(gòu)形式或機織、纖維面積重量、基體類型、預浸料基體含量以及預浸料揮發(fā)物含量。13.1.

54、6 層壓板制造步驟的描述，包括：制造開始時間、制造結(jié)束時間、工藝規(guī)范、固化周期、壓實方法及所用設(shè)備的描述。13.1.7 層壓板的鋪層順序。13.1.8 如果要求，給出密度、增強體的體積百分比，和空隙含量測試方法、試件取樣方法和幾何形狀、試驗參數(shù)和試驗結(jié)果。13.1.9 材料的平均單層厚度。13.1.10 任何無損評估試驗的結(jié)果。13.1.11 試驗件的制備方法，包括：試件編號方案和方法、試件幾何形狀、取樣方法、試樣切割方法、加強片幾何形狀詳細情況、加強片材料和用于加強片的膠粘劑。13.1.12 所有測量儀器與試驗設(shè)備的標定日期和方法。13.1.13 試驗機型號、夾頭、夾塊、夾持力、對中結(jié)果、及數(shù)據(jù)采集速率與設(shè)備型號。13.1.14 系統(tǒng)對中度評估結(jié)果，如果校正過。13.1.15 每個試驗件的幾何尺寸。13.1.16 狀態(tài)調(diào)節(jié)參數(shù)及結(jié)果，隨爐件和隨爐件的幾何形狀，以及與試驗方法的規(guī)定不同的實際試驗過程。13.1