Приложение ДБ (справочное). Положения примененного стандарта ASTM, не включенные в основную часть настоящего стандарта

Приложение ДБ
(справочное)

Положения примененного стандарта ASTM, не включенные в основную часть настоящего стандарта

ДБ.1 1 Область применения

1.3 В качестве стандартных должны быть представлены значения, выраженные либо в системе СИ, либо в системе фунты-дюймы. Значения, представленные в каждой системе, могут не быть точными эквивалентами, поэтому каждая система должна быть использована независимо одна от другой. Комбинирование значений из двух систем может привести к несоответствию стандарту.

1.4 Данный стандарт не предполагает освещения всех положений безопасности, если они имеются, которые сопряжены с его использованием. Организация мероприятий по обеспечению надлежащей безопасности и гигиены труда и определение применимости нормативных ограничений перед использованием данного стандарта является ответственностью пользователя данного стандарта.

Примечание- Подразделы исключены из настоящего стандарта, поскольку носят справочный характер.

ДБ.2 3 Терминология

3.1 Терминология D3878 определяет термины, связанные с высокомодульными волокнами и их композитами. Терминология D883 определяет термины, связанные с пластмассами. Терминология Е6 определяет термины, связанные с механическими испытаниями. Терминология Е456 и руководства Е177 определяют термины, связанные со статистикой. В случае расхождения между терминами терминология D3878 имеет преимущество над другими терминологическими стандартами.

3.3 Условные обозначения:

- длина расслоения, мм;

- начальная длина расслоения, мм;

- протяженность длин расслоения, мм;

b - ширина образца, мм;

- ширина калибровочного образца, мм;

c - длина рычага испытательной машины при ИСМ, мм;

- длина рычага до центра тяжести, мм;

С - податливость, /Р, мм/Н;

- податливость калибровочного образца, мм/Н;

- податливость системы, /Р, мм/Н;

CV - коэффициент вариации, %;

- продольный модуль упругости, измеренный при растяжении, МПа;

- модуль поперечной упругости, МПа;

- модуль калибровочного стержня, МПа;

- модуль упругости в направлении волокон, измеренный при изгибе, МПа;

G - полная скорость выделения энергии деформации, ;

- модуль сдвига при поперечном изгибе, МПа;

- модуль плоского сдвига, МПа;

компонент скорости выделения энергии деформации по моде I, ;

- компонент скорости выделения энергии деформации моде II, ;

- доля моды II в полной скорости выделения энергии деформации;

- полная вязкость разрушения по смешанной моде I + II, ;

- оценочная величина полной вязкости разрушения по смешанной моде, ;

h - половина толщины испытуемого образца, мм;

L - половина длины пролета при ИСМ нагружения;

m - наклон кривой перемещения нагрузки, Н/мм;

- наклон кривой перемещения нагрузки при калибровочных испытаниях, Н/мм;

Р - приложенная нагрузка;

- критическая нагрузка в точке 5% max нагрузочной кривой, Н;

- оценочная величина критической нагрузки, Н [фунт - сила];

- вес рычага и узла крепления, Н [фунт - сила];

- критическая нагрузка в нелинейной точке нагрузочной кривой, Н;

- ожидаемая нагрузка на нагрузочную лапку, Н [фунт - сила];

- критическая нагрузка, когда наблюдается рост расслоения, Н;

SD - стандартная девиация;

t - толщина калибровочного стержня, мм;

U - энергия деформации, ;

V - доля объема волокон, %;

- параметр трансформации по смешанной моде для установки длины рычага;

- безразмерная поправка на длину трещины по смешанной моде;

X - параметр коррекции на длину трещины;

;

- смещение нагрузочной точки, мм;

- оценочное смещение нагрузочной точки, мм;

- максимально допустимое смещение нагрузочной точки, мм;

Г - параметр коррекции поперечного модуле;

Примечание - Редакция раздела изменена для приведения в соответствие с требованиями ГОСТ Р 1.5 (пункт 3.1) и ГОСТ 1.5 (подраздел 3.7) и принятой терминологией.

ДБ.3 5 Значение и применение

5.1 Подверженность расслоению является одной из главных проблем многих слоистых композитных структур. Знание стойкости композита к межслойному разрушению необходимо для создания продукта и выбора материала. Так как расслоения могут возникать и увеличиваться при нагрузках в широком диапазоне нагружения по смешанной моде, важно, чтобы вязкость композита была измерена по каждой моде нагружения. Контур вязкости, где вязкость разрушения изображена как функция смешанной моды, полезен для оценки критерия разрушения, используемого в анализе допустимых повреждений для композитных структур, сделанных из этих материалов.

5.2 Настоящий метод испытаний может служить для следующих целей:

5.2.1 Для количественной оценки влияния поверхностной обработки волокон, местных вариаций в объемной доле волокон, а также параметров процесса и окружающей среды на отдельного материала композита по смешанной моде.

5.2.2 Для количественного сравнения связанных значений в зависимости от смешанной моды для композитных материалов с различными составляющими.

5.2.3 Для разработки критериев разрушения при расслоении для допусков повреждения композитов и анализа долговечности.

5.3 Настоящий метод может быть использован для определения следующих величин вязкости расслоения:

5.3.1 Инициирование расслоения. Должны быть представлены две величины инициирования расслоения: 1 - в точке отклонения от линейности на кривой нагрузки смещения (NL) и 2 - в точке, где податливость увеличивается на 5%, или же нагрузка достигает максимального значения (5% max) на кривой зависимости прогиба от нагрузки (см. рисунок 4). Каждое определение инициирования расслоения связано с его собственным значением и , рассчитанным по нагрузке в соответствующей критической точке. Значение 5% max обычно наиболее воспроизводимо из трех значений . При записи данных на этапе развития трещины (см. 5.3.2) третье значение инициирования может быть представлено в точке начального расслоения на краю образца. Эта точка (VIS) часто располагается между NL и точкой 5% Мах.

5.3.2 Этап распространения. При испытаниях на ИСМ расслоение будет увеличиваться стабильно или нет, в зависимости моды испытания. В качестве опции могут быть собраны значения вязкости распространения, когда расслоения растут стабильно. Значения вязкости распространения невозможно получить, если расслоение растет нестабильно. Вязкость распространения может сильно зависеть от волоконной сшивки, которая является артефактом испытуемого образца с нулевой отметкой. Так как они часто оказываются искусственными, значения распространения должны быть четко обозначены, когда они были представлены как таковые. Одним из аспектов использования значений распространения является проверка проблем, связанных с вставкой для расслоения. Обычно, значения вязкости расслоения получаются из значений инициирования, когда расслоение развивается, и сшивка волокон имеет место. Если значения вязкости уменьшаются, когда расслоение растет, причиной этого часто бывает плохая вставка. Расслоение может быть слишком толстым или деформированным таким образом, что на конце вставки образуется смоляной карман. Для получения точных значений инициирования критичным является тщательное введение и контроль вставки для расслоения.

Рисунок 4 - Кривые нагрузки - перемещения

5.3.3 Вязкость предварительного растрескивания. Иногда вязкость может уменьшаться от значений инициирования, тогда как расслоение развивается (см. 5.3.2). В данном случае необходимо проверить расслоение, чтобы убедиться, что оно соответствует рекомендациям по вставке, указанным в 8.2. Убедившись в том, что уменьшение вязкости не вызвано некачественной вставкой, в качестве опции необходимо рассмотреть предварительное растрескивание. Что касается предварительного растрескивания, расслоение вначале развивается от вставки по моде I, II или смешанной моде I + II. Затем для получения значения вязкости образец нагружается заново для нужной моды.

Примечание - Раздел исключен из настоящего стандарта, поскольку носят справочный и поясняющий характер.

ДБ.4 6 Влияющие факторы

6.1 При расчетах , используемых в данном методе испытаний, предполагают линейное упругое поведение. Это предположение действительно, когда зона повреждения или нелинейной деформации на фронте расслоения, или то и другое, малы относительно минимального размера образца, которым обычно является его толщина для испытаний на ИСМ.

6.2 Применение для других материалов, укладок и структур аналогично описанному в методе испытаний D5528.

6.3 Значение вязкости нелинейного (NL) инициирования обычно является более консервативной величиной, однако некоторые материалы показали более низкие величины вязкости распространения, особенно в высокоактивной моде II. В высокоактивной моде II рост расслоения часто нестабилен, что препятствует определению значений вязкости распространения. Для этих выбранных материалов использование значений вязкости инициирования может привести к предсказанию нестабильного роста. Использование более длинных начальных расслоений увеличивает тенденцию к стабильному росту расслоения.

Примечание - Раздел исключен из настоящего стандарта, поскольку носят справочный и поясняющий характер.

ДБ.5 8 Отбор образцов и испытуемые образцы

8.5 Объемы пустот и волокон должны быть представлены. Объем пустот может быть определен с помощью уравнений метода испытаний D2734. Объемную долю волокон определяют с помощью процесса дигерирования согласно методу испытаний D3171.

8.6 Опробирование. Результаты могут быть получены с использованием меньшего числа образцов, испытания проводят не менее чем на пяти образцах согласно разработанной методике. Для получения статистически значимых данных следует руководствоваться методикой, приведенной в руководстве Е122.

8.7 Введение нагрузки. Нагрузку прикладывают посредством лапок. Лапки могут быть выполнены в виде шомпольных шарниров, как показано на рисунках 6 и 7, или концевых блоков. Лапки должны быть установлены так, чтобы длина начала расслоения, измеренная от оси нагрузки до конца вставки, была 0,45 L<a<L - 3h. Лапки должны иметь ширину не менее ширины образца (от 20 до 25 мм или от 0,8 до 1,0 дюйма). Лапки должны быть сделаны из металла с модулем упругости свыше 60000 МПа и выдерживать приложенные нагрузки без повреждений по ширине. Лапки могут быть приклеены или присоединены механически. Для уменьшения влияния жесткости образца зона передачи нагрузки не должна распространяться более чем на 3 мм (0,1 дюйм) после центра оси нагрузки в направлении конца расслоения. Для уменьшения геометрической нелинейности центр оси нагрузки должен быть в пределах 4 мм (0,15 дюйма) срединной плоскости подпорки образца. Оценка нагрузки, которая должна быть выполнена лапкой при испытаниях на ИСМ, может быть проведена по оценочным значениям модуля упругости и вязкости с помощью следующего уравнения

,

(4)

где - ожидаемая нагрузка на лапку, Н [фунт - сила].

ДБ.6 11 Процедура

11.4 Устанавливают длину рычага при испытании на ИСМ так, чтобы создать нужную долю . Нужную длину рычага дает следующее уравнение (8)

,

(5)

.

(6)

.

(7)

11.6 Устанавливают образец на ИСМ. Образец должен быть отцентрирован в машине и выставлен так, чтобы на одной стороне образца оставался зазор не более 0,05 (0,002 дюйма), когда на противоположной стороне образца проводится первый контакт. Это относится к обоим шарнирам, контактирующим с образцом, и к контакту, сделанному для нагрузки рычага).

11.9 (Только для этапа распространения). Визуально проверяют фронт расслоения на конце вставки с любого края. Если расслоение растет с конца вставки, отмечают положение как VIS на графике кривой зависимости нагрузки от перемещения. Делают дополнительные отметки на графике, когда расслоение будет расти после каждой отметки, сделанной на образце, как описано в 11.3.

11.10 Если расслоение развилось настолько, что нагрузка начинает уменьшаться (для этапа распространения, когда расслоение развилось за последнюю отметку или длины трещины = L - 3h), снимают нагрузку с образца и останавливают испытательную машину. Нагрузки и перемещения должны регистрироваться в течение всего испытания, включая цикл разгрузки. Разгрузка должна выполняться как можно быстрей.

11.11 (Только для этапа распространения). Если для фиксирования увеличения расслоения используют альтернативный метод, например с помощью датчика роста трещин, приклеенного к краю образца, следует проводить сбор данных согласно принципам, погрешности и усилению, описанным выше.

11.12 После окончания испытаний снимают образец и расклиняют его. Берут одну половину образца и измеряют от центра точки нагружения в применяемой лапке до вставки. Проводят измерения в трех местах с погрешностью в 0,25 мм (0,01 дюйма) и записывают среднее значение, как - начальную длину расслоения. Если вставка расслоения имеет какие-либо разрывы, складки или дефекты формы (то есть, вставка не распрямлена и не параллельна там, где инициируется расслоение), то действительное значение вязкости не может быть зарегистрировано.

11.14 (Только для этапа распространения). Измеряют расстояние от центра оси шарнира до каждой из отметок, сделанных на краю образца, чтобы проследить распространение расслоения.

Примечание - Раздел исключен из настоящего стандарта, поскольку носят справочный и поясняющий характер.

ДБ.7 12 Проверка

12.1 Значения вязкости не рассчитывают для каждого образца, который разрушается образом, отличным от предшествующего расслоения; например, при наличии какой-то очевидной трещины, хотя такая трещина представляет собой изменение, которое следует изучить. Для любого образца, для которого нельзя рассчитать параметры, необходимо проводить повторные испытания.

Примечание - Раздел исключен из настоящего стандарта, поскольку носят справочный характер.

ДБ.8

13.4 Статистика. Для каждой серии испытаний рассчитывают среднее значение, стандартное отклонение и коэффициент вариации (в процентах) по каждому определяемому параметру

,

(20)

,

(21)

,

(22)

где - выборочное среднее значение;

- выборочное стандартное отклонение;

CV - выборочный коэффициент вариации, %;

n - количество образцов;

- измеренное или полученное значение параметра.

ДБ.9 15 Погрешность. Систематическая погрешность

15.1 Погрешность - Для этого метода испытаний данных, требуемых для определения погрешности, нет.

15.2 Систематическая погрешность - Для определения межслоевой вязкости разрушения слоистых композитных материалов по смешанной моде другого стандартного метода не существует. Следовательно, определение систематической погрешности, присущей испытаниям на ИСМ, невозможно.

Примечание - Раздел исключен из настоящего стандарта, поскольку носят справочный и поясняющий характер.