（高清版）GBT 41049-2021 纖維金屬層板彎曲性能試驗(yàn)方法

纖維金屬層板彎曲性能試驗(yàn)方法2021-12-31發(fā)布2022-07-01實(shí)施國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國工程材料標(biāo)準(zhǔn)化工作組(SAC/SWG3)提出并歸口。本文件起草單位：南京航空航天大學(xué)、南京工程學(xué)院、江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院、南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院有限公司、江蘇省復(fù)合材料學(xué)會(huì)、江陰協(xié)統(tǒng)汽車附件有限公司。1纖維金屬層板彎曲性能試驗(yàn)方法本文件規(guī)定了纖維金屬層板彎曲性能試驗(yàn)方法的試驗(yàn)原理、試驗(yàn)設(shè)備、試樣、狀態(tài)調(diào)節(jié)、試驗(yàn)過程、計(jì)算及結(jié)果顯示、試驗(yàn)報(bào)告。本文件適用于測(cè)定發(fā)生彎曲破壞的纖維金屬層板三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度及彎曲彈性模量、彎曲應(yīng)力以及載荷-撓度曲線。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T1446—2005纖維增強(qiáng)塑料性能試驗(yàn)方法總則GB/T2918塑料試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境GB/T8170數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定JJG139拉力、壓力和萬能試驗(yàn)機(jī)3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。纖維金屬層板fibremetallaminates;FMLs由金屬薄板(鋁合金、鈦合金等)和纖維(玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等)復(fù)合材料交替鋪設(shè)后，在一定溫度和壓力下固化而成的一種層間混雜復(fù)合材料。彎曲應(yīng)力flexuralstress正則化彎曲力矩。注1:假設(shè)彎曲變形引起的應(yīng)力為線性分布時(shí)試樣外表面層的應(yīng)力。注2:單位為兆帕(MPa)。彎曲強(qiáng)度flexuralstrength試樣在彎曲破壞下，破壞載荷或最大載荷時(shí)的彎曲應(yīng)力。注：單位為兆帕(MPa)。試驗(yàn)機(jī)上兩個(gè)支座中心軸間的距離。注：單位為毫米(mm)。2撓度deflection試樣表面在彎曲過程中變形處的法線與初始位置的最大高差。注：單位為毫米(mm)。彎曲應(yīng)變flexuralstrain跨距中點(diǎn)試樣外表面層的長度變化率，用百分?jǐn)?shù)表示。彎曲彈性模量flexuralmodulus在彎曲應(yīng)力-彎曲應(yīng)變曲線或彎曲載荷-撓度曲線上，根據(jù)初始部分斜率求出的值。注：單位為兆帕(MPa)。4試驗(yàn)原理采用無約束支撐，通過三點(diǎn)彎曲，以恒定的加載速率使試樣破壞。在整個(gè)過程中，測(cè)量施加在試樣上的載荷和試樣的撓度或彎曲應(yīng)變，確定彎曲強(qiáng)度、彎曲彈性模量以及彎曲應(yīng)力與彎曲應(yīng)變的關(guān)系。5試驗(yàn)設(shè)備5.1試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)機(jī)應(yīng)滿足GB/T1446—2005第5章的規(guī)定，并按照J(rèn)JG139的規(guī)定定期檢定，其測(cè)力系統(tǒng)準(zhǔn)確度應(yīng)為1.0級(jí)或優(yōu)于1.0級(jí)。5.2測(cè)量儀器采用精度不低于0.01mm的測(cè)量儀器，用于測(cè)量試樣的寬度b及厚度h。采用應(yīng)變片或撓度計(jì)測(cè)量彎曲應(yīng)變或撓度。5.3試驗(yàn)裝置彎曲試驗(yàn)裝置示意圖見圖1,加載壓頭和支座的寬度應(yīng)大于試樣的寬度，加載壓頭應(yīng)將壓力作用于兩支座中心，跨距應(yīng)可調(diào)節(jié)。試驗(yàn)裝置調(diào)節(jié)應(yīng)滿足如下要求：a)支座的圓角半徑：r?為2mm;c)加載壓頭和支座的硬度不小于55HRC,接觸面無劃痕和毛刺。3標(biāo)引符號(hào)說明：L——跨距；l——試樣長度；h——試樣厚度；r?——加載壓頭的圓角半徑；r?——支座的圓角半徑6試樣6.1形狀與尺寸試樣的形狀與尺寸見圖2,試樣的形狀與尺寸建議滿足如下關(guān)系：a)試樣的跨距?。?4h～24h,試樣的長度需至少比支座跨距超出20%;b)推薦試樣的寬度?。篵=10mm～15mm,推薦試樣的長度?。簂=60mm～100mm,并在報(bào)告中注明。圖2試樣形狀與尺寸6.2試樣切割加工試樣經(jīng)機(jī)械加工制得，所加工試樣的主軸應(yīng)平行或垂直于材料的主要方向軸。6.3試樣檢查6.4試樣數(shù)量每組有效試樣數(shù)量應(yīng)不小于5個(gè)。47狀態(tài)調(diào)節(jié)除另有規(guī)定外，狀態(tài)調(diào)節(jié)應(yīng)按GB/T2918執(zhí)行。8試驗(yàn)過程8.1試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)符合GB/T1446—2005中第3章的規(guī)定。8.2試樣尺寸的測(cè)量測(cè)量試樣取點(diǎn)位置見圖3,在每個(gè)試樣的中心及兩邊，取3個(gè)點(diǎn)分別測(cè)量試樣的寬度和厚度，精確至0.01mm,測(cè)量結(jié)果取3點(diǎn)的平均值。b圖3測(cè)量試樣取點(diǎn)位置跨距選取：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣，即試樣厚度1mm≤h≤3mm時(shí)，跨距取14h～24h,采用精度不低于0.01mm的測(cè)量儀器測(cè)量跨距L。注1:對(duì)厚度h>3mm的試樣，為避免層間剪切破壞，跨距在14h～24h范圍內(nèi)適當(dāng)選取偏大值。注2:對(duì)厚度h<1mm的試樣，為使其載荷落在試驗(yàn)機(jī)許可的載荷容量范圍內(nèi)，跨距在14h～24h范圍內(nèi)適當(dāng)選取偏小值。注3:在不同跨距與厚度比例下進(jìn)行試驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)不能進(jìn)行比較。8.4試樣安裝標(biāo)記試樣受拉面，將試樣對(duì)稱地放在兩支座上。必要時(shí)，在試樣上表面與加載壓頭間放置薄片或薄墊塊，防止試樣受壓失效。使用應(yīng)變片時(shí)，在試樣下方跨距中央位置沿平行長度方向貼應(yīng)變片；使用撓度計(jì)時(shí)，撓度計(jì)安置在跨距的中央位置并與試樣平面垂直。8.5試驗(yàn)速度加載速率在1mm/min～2mm/min之間，并保持恒定。8.6試驗(yàn)通過位于跨距中點(diǎn)處的加載壓頭在試樣寬度上均勻地施加載荷，直到試樣破壞或載荷下降30%。記錄破壞載荷以測(cè)定彎曲強(qiáng)度，記錄載荷-撓度曲線或載荷-彎曲應(yīng)變曲線以測(cè)定彎曲彈性模量。58.7數(shù)據(jù)采集記錄整個(gè)試驗(yàn)過程的載荷值，以發(fā)生纖維破壞或者外層金屬破壞等有效彎曲破壞為數(shù)據(jù)采集原則。試樣呈層間剪切破壞，有明顯內(nèi)部缺陷或在試樣中間三分之一以外破壞的應(yīng)予以作廢。同批有效試驗(yàn)結(jié)果不足5個(gè)時(shí)，應(yīng)增加開展試驗(yàn)的樣本數(shù)，使有效結(jié)果達(dá)到5個(gè)。纖維金屬層板在該方法測(cè)試下，將會(huì)發(fā)生如下失效模式。a)可接受的彎曲失效模式：1)纖維破壞，見圖4a);2)外層金屬破壞，見圖4b)。b)不可接受的失效模式：1)層間剪切失效，見圖4c);2)混合失效(包含層間剪切失效),見圖4d)。a)纖維破壞b)外層金屬破壞c)層間剪切失效d)混合失效圖4失效模式9計(jì)算及結(jié)果表示9.1載荷-撓度曲線纖維金屬層板在該方法測(cè)試下，典型的載荷-撓度曲線如圖5所示。彎曲過程主要包括四個(gè)階段，6并在各個(gè)階段有不同的曲線特征和失效行為。I為彈性段，該階段基體纖維及金屬均處于彈性階段，彎曲載荷與撓度呈近似的線性關(guān)系。Ⅱ?yàn)樗苄远?，纖維層開始出現(xiàn)單絲斷裂。Ⅲ為纖維破壞段，基體呈現(xiàn)明顯開裂。IV為分層破壞段，纖維層完全破壞，金屬層與纖維層發(fā)生分層，層板完全失效。撓度/mm圖5彎曲失效的典型載荷-撓度曲線9.2彎曲強(qiáng)度σ,的計(jì)算時(shí)，彎曲強(qiáng)度按式(1)計(jì)算：時(shí)，彎曲強(qiáng)度按式(2)計(jì)算：o;——彎曲強(qiáng)度，單位為兆帕(MPa);Py——最大載荷或破壞載荷，單位為牛頓(N);L——跨距，單位為毫米(mm);b——試樣寬度，單位為毫米(mm);h——試樣厚度，單位為毫米(mm);δm——最大撓度，單位為毫米(mm)。9.3彎曲彈性模量E;的計(jì)算按照載荷-彎曲應(yīng)變曲線計(jì)算時(shí)，彎曲彈性模量按式(3)計(jì)算：按照載荷-撓度曲線計(jì)算時(shí)，彎曲彈性模量按式(4)計(jì)算：E?——彎曲彈性模量，單位為兆帕(MPa);GB/T41049—2021P載荷-彎曲應(yīng)變曲線初始直線段的載荷增量，單位為牛頓(N)e——與載荷增量P對(duì)應(yīng)的彎曲應(yīng)變量；δ載荷增量P對(duì)應(yīng)的撓度增量，單位為毫米(mm)。9.4每組試樣的算術(shù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算每組試樣的算術(shù)平均值按式(5)計(jì)算，保留三位有效數(shù)字：…(5)每組試樣的標(biāo)準(zhǔn)差按式(6)計(jì)算，保留兩位有效數(shù)字：式中：X——試樣彎曲強(qiáng)度或彎曲彈性模量的算術(shù)平均值，單位為兆帕(MPa);X;——試樣的彎曲強(qiáng)度或彎曲彈性模量，單位為兆帕(MPa);n——試樣數(shù)；s——標(biāo)準(zhǔn)差，單位為兆帕(MPa)。9.5數(shù)值修約數(shù)值修約按照GB/T8170進(jìn)行，彎曲強(qiáng)度修約到四位有效數(shù)字，標(biāo)準(zhǔn)差修約到三位有效數(shù)字，彎曲彈性模量修約到三位有效數(shù)字。10試驗(yàn)報(bào)告除非雙方另有協(xié)議，試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)至少包括以下信息：a)試樣的材料類別信息，包括試樣纖維鋪層取向和具體結(jié)構(gòu)；b)試驗(yàn)條件信息；c)所采用的文件編號(hào)；d)使用儀器的型號(hào)及編號(hào)；e)加載壓頭