Приложение ДБ (справочное). Оригинальный текст модифицированных структурных элементов

Приложение ДБ
(справочное)

Оригинальный текст модифицированных структурных элементов

ДБ.1

1. Область применения

1.1 Данный метод предназначен для определения жесткости при изгибе и поперечном сдвиге для плоских сэндвич-конструкций, изгиб производят таким образом, чтобы приложенный момент вызывал искривление внешнего слоя сэндвичевой структуры. Внутренний слой сэндвича может иметь непрерывную связывающую поверхность (например, пробковая древесина и пенопласта) или прерывистую связывающую поверхность (например, сотопласт). Методы обработки результатов таких испытаний ограниченно применяют к сэндвичевым панелям с линейным характером зависимости сила-сдвиг Данный способ использует результаты испытаний, полученных по стандартным методам С393/С393М и/или D7249/D7249M.

1.2 Значения, указанные в единицах СИ или в единицах английской системы мер (дюйм/фунт), следует использовать отдельно в качестве стандартных. Значения, заданные в каждой из систем, не являются строго эквивалентными; поэтому каждую систему используют независимо от другой. Совместное использование значений, выраженных в разных системах, приведет к ошибкам.

1.2.1 В скобках указаны значения в английской системе мер.

1.3 Данный стандарт не претендует на освещение в полном объеме всех вопросов соблюдения техники без опасности (если таковые имеются), которые могут возникать в связи с его применением. В обязанности пользователя данного стандарта входит обеспечение соответствующих мер техники безопасности и охраны труда, а также решение вопроса о применимости нормативных ограничений до применения стандарта.

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

ДБ.2

2. Нормативные ссылки

2.1 Стандарты АСТМ:

С273 Метод испытания жесткости сдвига для внутреннего материала сэндвича

С274 Слоистые (сэндвичевые) материалы. Термины

С393/С393М Метод испытания внутренних характеристик жесткости при сдвиге сэндвичевых материалов изгибом балки

D883 Пластмассы. Термины

D3878 Композитные материалы. Термины

D7249/D7249M Метод испытания внешних свойств сэндвичевых материалов изгибом длинной балки

Е6 Методика механических испытаний. Термины

Е122 Практические указания по определению размеров образцов для расчетов, с указанной точностью, со средним значением для характеристики партии или процесса

Е177 Практические указания по использованию терминов "прецизионность" и "систематическая погрешность" в методах испытаний ASTM

Е456 Качество и статистика. Термины

Е1309 Руководство по идентификации композитов с полимерной матрицей, армированных волокнами в базах данных

Е1434 Руководство по регистрации результатов испытаний механических свойств композитов с полимерной матрицей, армированных волокнами в базах данных

Примечание - Редакция раздела изменена для приведения его в соответствие с требованиями ГОСТ Р 1.5 (пункт 3.6) и ГОСТ 1.5 (подраздел 3.8).

ДБ.3

4. Краткое описание метода

4.1 Эта методика содержит способы расчета жесткости при изгибе, жесткости при поперечном сдвиге и внутреннего модуля упругости при сдвиге для сэндвичевых балок с применением упругой деформации и/или данные по напряжению, полученные в испытаниях на изгиб для различных нагрузок, проведенных по терминологическим стандартам С393/С393М и/или D7249/D7249M. Эта практика также содержит уравнения для расчета жесткости при сдвиге и внутреннего модуля упругости сэндвичевых балок по значениям упругой деформации с помощью единичного испытания на изгиб, проведенного по терминологическому стандарту С393/С393М при известном значении модуля упругости для наружного слоя.

Примечание - Редакция раздела изменена для приведения его в соответствие с требованиями ГОСТ 1.5 (пункт 7.9.5).

ДБ.4

7. Отбор образцов и образцы для испытаний

7.1 Отбор образцов. Необходимо провести испытания не менее пяти образцов в каждом эксперименте. Воспользуйтесь процедурами в Практике Е122 для получения информации о статически значимых данных. Способ отбора проб необходимо внести в протокол.

7.2 Геометрические параметры. Образец для испытаний должен иметь прямоугольное поперечное сечение. Толщина образца должна быть равной толщине "сэндвича", а ширина должна составлять не менее двух общих толщин, не менее трех длин внутренней ячейки, не более половины длины пролета. Длина образца должна быть равной длине пролета плюс 50 мм [2 дюйма] или плюс половина толщины "сэндвича", в зависимости оттого, что больше.

7.3 Схема нагружения, неизвестный модуль упругости внешнего слоя. В случае если внешний модуль жесткости известен, следует выбрать как минимум две схемы нагружения. Воспользуйтесь уравнениями из методик испытаний С393/С393М и D7249/D7249M для расчета длины образца и схемы нагружения (при неверном расчете образец может не выдержать нагрузки). Рекомендуют, чтобы в одной из схем нагружения использовали небольшое расстояние между опорами и короткий образец, а во второй схеме нагружения использовали большое расстояние между опорами и длинный образец. Это рекомендуют делать для получения по результатам одного теста данных сила-деформация с относительно большой деформацией при сдвиге и относительно большой деформацией при изгибе. Если используют две схемы с длинными образцами или две схемы с короткими образцами, погрешность измерений может быть большой по сравнению с разницей между деформациями изгиба и сдвига между двумя испытаниями и может привести к значительным ошибкам при расчете значений жесткости при сдвиге и жесткости при изгибе.

7.4 Схема нагружения, известный модуль упругости внешнего слоя. В случаях, если известен модуль упругости внешнего слоя для слоистой балки с одинаковыми внешними слоями, испытание схемы нагружения с небольшим расстоянием между опорами необходимо проводить по методике С393/С393М.

Примечание - Редакция раздела изменена для приведения его в соответствие с требованиями ГОСТ 1.5 (пункт 7.9.7).

ДБ.5

8. Процедура

8.1 Неизвестный внешний модуль жесткости - Для проведения испытаний образцов слоистых балок воспользуйтесь методиками испытаний С393/С393М и/или D7249/D7249M и используйте две или больше различных схем нагружения. Для получения более точных результатов следует испытать каждый образец во всех условиях нагружения. Для этого необходимо, чтобы приложенные силы для всех, кроме последней, схем нагружения, были невысокими, чтобы избежать повреждения и остаточных деформаций образца.

8.2 Известный наружный модуль жесткости - Для проведения испытаний сэндвичевых балок воспользуйтесь методиками испытаний С393/С393М с применением схем с нагружения с небольшим расстоянием между опорами.

8.3 Запись данных. Записывают кривую "сила-деформация" для каждого образца с помощью датчика, дефлектометра или шкального индикатора для измерения прогиба в середине пролета.

Примечание 4 - Применение крейцкопфа или перемещения выходного звена привода для определения деформации середины балки дает неверные результаты; непосредственное измерение деформации середины балки следует проводить с помощью подходящего прибора.

Примечание - Редакция раздела изменена для приведения его в соответствие с требованиями ГОСТ 1.5 (пункт 7.9.8).

ДБ.6

10. Обработка результатов

10.1 Общие указания, неизвестный модуль упругости внешнего слоя. Методы расчета жесткости при изгибе и жесткости при поперечном сдвиге для случаев, когда модуль упругости внешнего слоя не известен, указаны в 10.1 - 10.2. Методы расчета жесткости при поперечном сдвиге и внутреннего модуля сдвига, для случаев, когда модуль упругости внешнего слоя известен, указаны в 10.3.

Примечание 5 - Уравнения в этом разделе даны для внутренних и внешних материалов с линейной зависимостью "сила-деформация". Если зависимость "сила-деформация" нелинейная, определить жесткость при сдвиге и изгибе гораздо сложнее и эта задача выходит за рамки данной практики.

10.1.1 Критерии линейности для зависимости "сила-деформация". Для подтверждения предположения, что "сила-деформация" имеет линейный вид, определяют максимальное отклонение от линейной кривой сила-смещение в диапазоне приложенных сил, которые будут использованы для расчета жесткости. Метод определения отклонения от линейности показан на рисунке 2. Зависимость "сила-деформация" считают линейной, если максимальное отклонение меньше 10%.

10.1.2 Результаты испытаний с приложением двух схем нагружения к одному образцу. Рассчитывают жесткость при изгибе, жесткость при сдвиге и внутренний модуль жесткости по уравнениям в 10.2 для всех приложенных сил до наименьшего максимума приложенной силы. Необходимо использовать минимум десять значений силы, равномерно распределенных в диапазоне силы. Рассчитывают средние значения и проводят статистическую обработку результатов жесткости при изгибе, жесткость при сдвиге и внутреннего модуля жесткости, используя значения, рассчитанные для каждого уровня силы для каждого образца. В результате получают функцию сила-жесткость. Если полученная функция имеет линейный вид, рассчитывают среднее значение жесткости при изгибе, жесткости при сдвиге и внутреннего модуля жесткости, используя значения, рассчитанные для всех уровней силы. Отдельные и средние значения жесткости заносят в протокол.

Рисунок 1 - Схемы нагружения

10.1.3 Результаты испытаний с применением трех и более схем нагрузки к одинаковым образцам. Для каждого образца рассчитывают жесткость при изгибе, жесткость при сдвиге и внутренний модуль жесткости с помощью уравнений в 10.2 для каждой пары приложенных сил до наименьшего максимума приложенной силы. Необходимо использовать минимум десять значений силы, равномерно распределенных в диапазоне сил. Далее рассчитывают для каждого образца средние значения жесткости при изгибе, жесткости при сдвиге и внутреннего модуля жесткости при всех уровнях силы. Далее рассчитывают для каждой копии образца средние значения жесткости при изгибе, жесткости при сдвиге и внутренний модуль жесткости, используя значения, рассчитанные для каждого уровня силы. В результате получают функцию "сила-жесткость". Если полученная функция имеет линейный вид, рассчитывают среднее значение жесткости при изгибе, жесткости при сдвиге и внутреннего модуля жесткости, используя значения, рассчитанные для всех уровней силы. В отчет заносят все точные и усредненные значения жесткости

Рисунок 2 - Определение отклонения от линейности

10.1.4 Результаты испытаний с применением двух схем приложения нагрузки на различные образцы. В некоторых случаях невозможно испытать на одном образце несколько схем нагружения. В этом случае необходимо построить непрерывную кривую "сила-деформация" для каждой схемы нагружения таким образом, чтобы значения деформации для двух образцов можно было определить при одном и том же значении силы. Для построения непрерывной кривой "сила-деформация" выполняют линейный регрессионный анализ данных сила-деформация при всех условиях нагружения для каждого образца, используют линейную зависимость деформации в регрессионном анализе. Если полученная функция имеет нелинейный вид, регрессионный анализ и расчет жесткости следует проводить только на линейных участках. Используют полученные кривые "сила-деформация" и процедуру 10.1.1 для расчета жесткости при изгибе, жесткости при сдвиге и внутреннего модуля жесткости.

10.1.5 Результаты испытаний с применением трех и более схем нагрузки, приложенных к различным образцам. В таких случаях используют процедуры 10.1.3 и 10.1.4.

10.2 Расчет жесткости при изгибе, жесткости при поперечном сдвиге и внутреннего модуля жесткости. Деформацию середины пролета балки с одинаковыми наружными слоями определяют уравнением 1. С учетом полученных данных о деформациях и приложенных силах на одинаковые образцы сэндвичевых балок с двумя разными схемами нагрузки, жесткость при изгибе D и жесткость при поперечном сдвиге U получают путем одновременного решения уравнения деформации (ур. 1) для двух случаев нагружения. Внутренний модуль жесткости G рассчитывают по уравнению 2. Решения уравнений для общей схемы нагружения здесь не приведены, так как занимают слишком большой объем. В следующих подразделах приведены решения для типовых комбинаций условий нагружения.

,

(1)

,

(2)

где - деформация балки в середине пролета, мм (дюйм);

Р - общая приложенная сила, Н (фунт-сила);

S - расстояние между опорами, мм (дюйм);

L - расстояние между точками нагружения, мм (дюйм) (L = 0,0 для трехточечной схемы нагружения);

D - жесткость при изгибе, ();

U - жесткость при поперечном сдвиге, Н (фунт);

G - внутренний модуль жесткости, МПа ();

d - толщина сэндвича, мм (дюйм);

t - толщина внешнего слоя, мм (дюйм);

b - ширина сэндвича, мм (дюйм).

10.2.1 Одна четырехточечная схема нагружения по стандарту D7249/D7249M и одна трехточечная схема с нагружением на середине балки. Данный случай ( = 2/11, = 0, где - расстояние между точками нагружения (схема N 1), мм, - расстояние между точками нагружения (схема N 2), мм, описан уравнениями 3 и 4. Жесткость при изгибе, жесткость при сдвиге и внутренний модуль жесткости при выбранных значениях рассчитывают по процедурам 10.1.

,

(3)

,

(4)

где - общая приложенная сила, Н [фунт];

- расстояние между опорами (схема N 1), мм [дюйм];

- расстояние между опорами (схема N 2), мм [дюйм];

- деформация балки в середине пролета (схема N 1), мм [дюйм], соответствующая силе ;

- деформация балки в середине пролета (схема N 2), мм [дюйм], соответствующая силе .

10.2.2 Две трехточечные схемы с нагружением на середине балки. Данный случай ( = = 0) описан уравнениями (5) и (6). Жесткость при изгибе, жесткость при сдвиге и внутренний модуль жесткости выбранных значений рассчитывают по процедурам 10.1.

,

(5)

.

(6)

10.2.3 Одна трехточечная схема с нагружением на середине балки и одна 4-точечная схема с нагружением на расстоянии четверти пролета балки. Данный случай ( = 0, = /2) описан уравнениями (7) и (8). Жесткость при изгибе, жесткость при сдвиге и внутренний модуль жесткости при выбранных значениях рассчитывают по процедурам 10.1.

,

(7)

.

(8)

10.2.4 Одна трехточечная схема с нагружением на середине балки и одна 4-точечная схема с нагружением на расстоянии четверти пролета балки. Данный случай ( = 0, = /3) описан уравнениями (9) и (10). Жесткость при изгибе, жесткость при сдвиге и внутренний модуль жесткости при выбранных значениях рассчитывают по процедурам 10.1.

,

(9)

.

(10)

10.2.5 Одна четырехточечная схема с нагружением на расстоянии четверти пролета балки и одна четырехточечная схема с нагружением на расстоянии одной трети пролета балки. Данный случай ( = , = /3) описан описан уравнениями (11) и (12). Жесткость при изгибе, жесткость при сдвиге и внутренний модуль жесткости при выбранных значениях рассчитывают по процедурам 10.1.

,

(11)

.

(12)

10.2.6 Одна четырехточечная схема с нагружением по стандарту D7249/D7249M и одна четырехточечная схема с нагружением на расстоянии четверти пролета балки. Данный случай ( = , = /3) описан уравнениями (13) и (14). Рассчитывают жесткость при изгибе, жесткость при сдвиге и внутренний модуль жесткости для всех выбранных значений с помощью процедур, указанных в 10.1.

,

(13)

.

(14)

10.2.7 Одна четырехточечная схема с нагружением по стандарту D7249/D7249M и одна четырехточечная схема с нагружением на расстоянии четверти пролета балки. Данный случай ( = , = /2) описан уравнениями (15) и (16). Жесткость при изгибе, жесткость при сдвиге и внутренний модуль жесткости для выбранных значений рассчитывают по процедурам, указанным в 10.1.

,

(15)

.

(16)

10.3 Расчет внутреннего модуля жесткости, используя известный внешний модуль жесткости. Если внешние модули жесткости сэндвича известны и они идентичны, жесткость при поперечном сдвиге и внутренний модуль жесткости можно рассчитать по результатам единичной схемы нагружения по уравнениям (17) - (19). Сначала рассчитывают жесткость при изгибе. Далее для каждого образца рассчитывают жесткость при сдвиге и внутренний модуль жесткости для серии приложенных сил до максимального значения приложенной силы. Необходимо использовать минимум десять значений силы, равномерно распределенных в диапазоне силы. Рассчитывают среднее значение и проводят статистическую обработку данных жесткости при сдвиге и внутреннего модуля жесткости, используют рассчитанные значения для каждого уровня силы для каждой копии образца. В результате получают функцию "сила-жесткость". Если функция имеет линейный вид (по 10.1.1), то рассчитывают общее среднее значение жесткости при сдвиге, жесткости при изгибе и внутренний модуль жесткости, используя значения по всем уровням силы. Отдельные и средние значения жесткости вносят в протокол.

,

(17)

,

(18)

,

(19)

где E - внешний модуль, МПа [];

с - толщина внутреннего слоя = d - 2t, мм [дюйм].

10.4 Статистика. Для каждой серии испытаний рассчитывают средние значения, стандартное отклонение и коэффициент вариации (в %) жесткости при изгибе, жесткости при поперечном сдвиге и внутреннего модуля жесткости:

,

(20)

,

(21)

,

(22)

где - выборочное среднее значение;

- выборочное среднеквадратическое отклонение;

CV - выборочный коэффициент вариации, %;

n - число образцов;

- измеренное свойство.

Примечание - Редакция раздела изменена для приведения его в соответствие с требованиями ГОСТ 1.5 (пункт 7.9.9).

ДБ.7

Раздел 11. Протокол испытаний

В протокол заносят информацию, указанную ниже, или, в соответствующих случаях, ссылки на документы, в которых она указана (внесение в протокол вопросов, которые лежат вне ответственности данной испытательной лаборатории, такие как параметры изготовления панели или условия эксплуатации деталей, является ответственностью заказчика).

Примечание 6 - Руководства Е1309 и Е1434 содержат рекомендации по составлению протоколов о композитных материалах и о испытаниях механических свойств композитных материалов.

11.1.1 Версия документа или дату издания этой методики.

11.1.2 Имя (имена) испытателей.

11.1.3 Любые изменения в методике.

11.1.4 Описание всех материалов, входящих в состав сэндвичевой балки (включая внешние, внутренние и связующие материалы), с указанием для каждого: спецификации, типа, маркировки производителя, номера или кода партии, источника (если приобретен не у производителя), даты сертификации и окончание срока сертификации.

11.1.5 Описание этапов производства: дата начала производства, дата окончания производства, спецификацию процесса и описание используемого оборудования.

11.1.6 Методики подготовки образцов, включая схему и метод маркировки, геометрическую форму образцов, способы отбора проб и нарезания образцов.

11.1.7 Результаты неразрушительных аттестационных испытаний.

11.1.8 Результаты измерения длины, ширины и толщины каждого образца.

11.1.9 Количество протестированных образцов.

11.1.10 Значение толщины внешнего слоя, использованное для расчетов.

11.1.11 Значение внешнего модуля, использованное для расчетов.

11.1.12 Рассчитанные значения жесткости при изгибе (и средние значения), стандартное отклонение и коэффициент вариации (%) для совокупности.

11.1.13 Рассчитанные значения жесткости при поперечном сдвиге (и средние значения), стандартные отклонения и коэффициент вариации (%) для совокупности.

11.1.14 Рассчитанные значения внутреннего модуля жесткости (и средние значения), стандартные отклонения, коэффициент вариации (%) для совокупности.

Примечание - Редакция раздела изменена для приведения его в соответствие с требованиями ГОСТ 1.5 (пункт 7.9.10).

ДБ.8

Приложение А1. Введение поправок на нижнем участке кривой "сила-деформация"

А1.1 Нижний участок, АС, типичной кривой "сила-деформация" (рисунок А1.1) не соответствует истинным свойствам материала. Это явление вызвано провисанием, выравниванием образца и наличием опоры. Для того, чтобы угол наклона кривой "сила-деформация" был правильным, необходимо скомпенсировать эти погрешности для получения корректной нулевой точки на оси деформации.

А1.2 Для сэндвичевых материалов существует линейный участок на кривой, который подчиняется закону Гука (рисунок А1.1), постройте продолжение этого линейного участка до пересечения с осью деформации. Точка (В) - это поправка на нулевую деформацию (d = 0,000), из которой далее изменяют деформацию.

Рисунок А1.1 - Сэндвичевый материал, который подчиняется закону Гука