碳纖維增強復合材料薄壁管件力學性能試驗方法 第3部分 懸臂梁彎曲試驗 編制說明

1本標準是國標委[20240848-T-469號]術及其應用標準化技術委員會（SAC/TC425）提出并歸口，航計劃名稱：碳纖維增強復合材料薄壁管件力學性能試驗方法—第碳纖維增強復合材料具有輕質、高強等特點，滿足航天器求，在航天器結構中應用范圍越來越廣。碳纖維增強復合元，廣泛應用于天線、太陽翼、承力桁架等航天器結構產管件外徑尺寸一般在15mm~50mm之間，為滿足輕量化需求，薄壁碳纖維復合材料管件作為航天領域桁架結構等產品的基礎結構單元，要承受和傳遞航天器上所有載荷，或撐，或作為重要設備的連接結構，其服役性能直接關系到星船載荷支撐、高中主要承受拉壓載荷和彎矩載荷，結構要求具有足失穩(wěn)破壞，不能產生過大變形。但是該類產品的結限載荷及載荷-應變/位移特性曲線，研究其破壞形式，為產品整體和全面的評價。但現行相關試驗標準均為三點或四點彎曲性能試樣件制備等方面均不適用于碳纖維復合材料薄壁管件產品的懸臂梁2據三點或四點彎曲試驗數據準確推算出產品的懸臂梁彎曲性能。管件懸臂梁彎曲性能試驗標準方面尚存在空白，無法提供真實位缺乏統(tǒng)一有效的試驗方法，制約了該類結構的推廣應用。因此準，規(guī)范懸臂梁彎曲性能測試方法，獲得管件真實有效性能數據國內外碳纖維增強復合材料薄壁管件產品研制技術十分成熟，在航空航天、武器裝備和民用領域有廣泛的應用。國內目前還沒有專門針對碳纖維復合材料薄壁管件產品級懸臂梁彎曲試驗方法和標準。目前國內外關于纖維增強復合材料彎曲試驗常用的相關標準是ISO178:2010（E）《塑料復合材料彎曲性能的測定》、GB/T1449-2005《纖維增強塑料彎曲性能試驗方法》、GB/T3356-2014《定向纖維增強聚合物基復合材料彎曲性能試驗方法》，這些標準主要適用于連續(xù)纖維增強復合材料的三點彎曲/四點彎曲試驗方法，其方法原理、制樣、裝卡等均不適用碳纖維增強復合材料薄管件懸臂梁彎曲試驗，相關試驗結果無法有效評價碳纖為了得到有效的試驗數據，需要提出一種專門針對梁彎曲試驗方法，并編制形成統(tǒng)一的試驗標準，對碳纖維復合本文件提出一種碳纖維復合材料薄壁管件懸臂梁彎曲試驗方與管件試件膠接后，進一步與固支工裝板通過螺接的方式進行固定試件加載端膠接后，進一步通過懸臂梁加載的形式進行懸臂梁彎曲以有效保障薄壁管件懸臂梁彎曲試驗的開展，試驗數據能夠反計劃任務下達后，全國宇航標委會空間數據分技術委員會（TC425/工藝分技術委員會）組織成立了標準起草組，成員包括總體技術人起草單位主要包括：北京衛(wèi)星制造廠有限公司、中國航天復合材料研究所、航天材料及工藝研究所、上海復合材料科32024年4月至2024年10月，起草組開展了大量的碳纖維彎曲試驗現狀、試驗方法等相關的調研工作，具體見本文2.2.2024年11月，編制組經過開會討論研究，對標準草在制訂本標準時，充分考慮了國內碳纖維復合材料薄壁管件懸臂梁彎曲試驗情況，目前纖維增強材料構件彎曲性能試驗方法主要依靠三點/四點彎曲試驗方法，而針對航天器用復合材料薄壁管件懸臂梁彎曲試驗，現有標準在方法原理、制樣、裝卡等方面均不適用。經調研國內碳纖維增強復合材料薄壁管件生產科研單位北京衛(wèi)星制造廠有限公司、西安航天復合材料研究所、航天材料及工藝研究所、上海復合材料科技有限公司、威海拓展纖維有限公司均有采用膠接金屬接頭結合螺紋連接固支的方式進行碳纖維復合材料薄壁管件懸臂梁彎曲試驗。同時本標準所采用的方法在北京衛(wèi)星制造廠有限公司已經成功運行了10年，積累了大量的試驗數據和測試經驗，包括各類碳纖維復合材料薄壁管件懸臂梁彎曲試驗測試結果，通過多種參數組合試驗驗證，最終確定了性能最優(yōu)的試驗參數，測試結果重復性良好。同時與幾家單位的測試數據進行比較，試驗數據再現性較好。本標準中懸臂梁彎曲試驗方法等均沿用了傳統(tǒng)的力學試驗方法，試樣采用膠接內套筒形式，首先在北京衛(wèi)星制造廠有限公司的航天器碳纖維復合材料薄壁管件的懸臂梁彎曲試驗中廣泛應用，試驗結果符合薄壁管件懸臂梁彎曲正常破壞模式，由此推廣到航天五院的航天器碳纖維復合材料薄壁管件的懸臂梁彎曲試驗，最終在北京衛(wèi)星制造廠有限公司、西安航天復合材料研究所、航天材料及工藝研究所、上海復合材料科技有限公司、威海拓展纖維有限公司等單位的碳纖維復合材料薄壁管件類產品懸臂梁彎曲試驗上均有4部分壓縮試驗》（GB/T43938.2-2024）等相關國家標準、航天五院標準、北京衛(wèi)星制造膠接套管形式試樣采用內套管和常溫固化膠黏劑制備彎曲試樣的0.05mm，在加載端端部圓心位置引出加載點，進行載荷加載，對試樣預設載荷值或者試件破壞，從而實現對碳纖維復合材料薄壁管件懸臂測試，其中內套管采用鋁合金材料，碳纖維復合材料薄壁管件與金屬覆膠黏劑，然后通過常溫固化膠黏劑膠接固化制成。試樣制備過程操穩(wěn)定性高。試驗過程中一般在試件的測試段靠近固支端的根部上注部位粘貼應變片，在試件加載端根部上表面等重點關注部位布設取材料的彎曲承載等相關性能。同時，在北京衛(wèi)星制造廠有限公司研究所、航天材料及工藝研究所、上海復合材料科技有限公司等航天材料薄壁管件類產品懸臂梁彎曲試驗上應用效果良好。綜上，說明本經查閱國內外標準和規(guī)定，國內外尚未有專門針對碳纖維試驗的標準與規(guī)定。本標準首次規(guī)定了采用膠接套管形式進行碳纖本標準規(guī)定了碳纖維增強復合材料薄壁管件懸臂梁彎曲試本標準適用于壁厚不大于1mm（公稱外徑小于50mm）的碳纖本標準的ICS國際分類號為82.120，CC試驗條件、儀器設備、試驗試件、試驗步驟5（GB/T43938.1-2024）、《碳纖維增強復合材料薄壁縮試驗》（GB/T43938.2-2024）關于碳纖維復合材料管件“薄壁”針對其薄壁的結構和性能特點，在現行標準的基礎上，對其懸現有國內外標準中未對碳纖維增強復合材料薄壁管件懸臂梁彎曲試驗試件型綜合考慮薄壁管件自身結構特點，將試件采用膠接的方式與剛性內套管連懸臂梁彎曲試件端面與管件試件初始狀態(tài)的軸線垂直度應不大于0.05mm，固支端內套管與加載端內套管同軸度應不大于0.1mm。固支端內套管與試件固支端端面同軸度應不大于0.1mm，加載端內套管與試件加載端端面同軸度應不大 1—試件固支端；2—試件加載端；D1—試件外徑；D2—試件內徑；L1—試件總長度；L2—固支端裝卡長度；L3—加載端裝卡長度；L4—有效測試段長度。本標準中的懸臂梁試樣方法已經過前期試驗驗證，夾持長度套管、加載端內套管與管件試樣膠接長度，即固支端裝卡長度L2、加載件試樣周長）。為了保證彎曲過程膠接區(qū)域不滑移，一般選取剪切強度大于6劑，推薦使用J-133、420等常溫固化膠黏劑，管件試樣與固支經過大量試驗驗證懸臂梁彎曲試驗試樣夾持段為上述規(guī)定和形式均屬于有效的彎曲破壞形式，斷裂位置在有效測試長度內，此本標準中的懸臂梁彎曲試樣方法已經過前期試驗驗證，10%，滿足試驗要求，依據《碳纖維增強復合材料薄壁管件力學性能試驗試驗儀器設備相關要求，依據GB/T1446—23）一般所選用的測力計量程為加載設備使用載荷值的1.懸臂梁彎曲試驗過程中，若試件與懸臂梁轉接固支工裝發(fā)生脫離，試件與固支端內套管發(fā)生脫粘或錯位，試件加載端發(fā)生破壞、加載端內套管脫粘或錯位，則測試結果反映的不是懸臂梁彎曲試件真實的彎曲承載性能，不能視作為試樣的彎曲強度，故應予作按照本文薄壁碳纖維復合材料管件彎曲性能試驗試驗方7件11111按照本標準懸臂梁彎曲性能試驗方法對不同規(guī)格管件分別威海拓展纖維有限公司進行了驗證試驗，圖2為本標準規(guī)定的彎曲試件中可以看出管件的“載荷—應變/位移”曲線均呈線性關系，且相互效的破壞形式，不同規(guī)格管件測試結果離散度均不碳纖維復合材料管件彎曲性能試驗方法可以有效避免試驗過程中管80001111111111111111111加載量級ao一S78007006005004003002000位移載荷（kg）符合機械試驗測試允許誤差范圍要求。同時本標準規(guī)定的懸臂梁彎試驗測試有