Приложение ДА (справочное). Оригинальный текст невключенных структурных элементов

Приложение ДА
(справочное)

Оригинальный текст невключенных структурных элементов

ДА.1

1 Область применения

1.2 Значения, выраженные в единицах СИ или в дюймо-фунтах, рассматривают по отдельности как стандартные. Значения, указанные в каждой системе, могут и не быть точными эквивалентами, поэтому обе системы следует использовать независимо друг от друга. Комбинирование значений из двух систем может привести к несоответствию со стандартом.

1.3 Данный стандарт не предполагает освещения всех положений касательно безопасности, если таковые 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.

ДА.2

5 Определяемые характеристики, уровень значимости и использование

5.1 Настоящий метод испытаний предназначен для получения характеристик при сдвиге для определения технических характеристик материала, научных исследований, обеспечения качества, проектирования конструкции и расчетов. С помощью данного метода испытания могут быть оценены свойства материала на сдвиг в плоскости либо межслойные, в зависимости от ориентации системы координат материала по отношению к оси приложения нагрузки. Следующие факторы влияют на показатели прочности на разрыв и поэтому должны быть описаны: материал, способ подготовки материала и укладка слоев, последовательность упаковки контрольных экземпляров, подготовка контрольных экземпляров, состояние контрольных экземпляров, внешние условия проведения испытания, установка и закрепление образца, скорость испытания, время выдержки при определенной температуре, закрытая пористость и объемная доля армирования.

5.2 Для не изотропных материалов характеристики свойств могут быть определены в любых шести возможных плоскостях сдвига посредством ориентирования плоскости испытания по отношению к требуемой плоскости материала (1-2 или 2-1, 1-3 или 3-1, 2-3 или 3-2). Для любого испытательного образца может быть оценена только одна плоскость сдвига. Характеристики в направлении испытания, которые могут быть получены с помощью данного метода испытания:

5.2.1 Зависимость напряжение/деформация при сдвиге.

5.2.2 Предельная прочность.

5.2.3 Предельная деформация.

5.2.4 Модуль упругости при сдвиге.

5.2.5 Переходная деформация.

ДА.3

6 Негативные факторы

6.1 Подготовка материалов и образцов. Известными причинами высокого разброса данных являются неудовлетворительная практика изготовления материала, отсутствие контроля выравнивания волокна и повреждения контрольного образца, вызванные неправильной обработкой.

6.2 Материалы и крупнозернистая структура. Одним из основных допущений данного метода испытания является то, что материал должен быть относительно однородным по отношению к размеру рабочей части. С данными размерами образца не следует испытывать материалы, которые имеют относительно крупные части в отношении размеров испытательной секции (такие, как жгуты из ткани с большим количеством нитей [например, 12 000 или более волокон] или некоторые плетеные конструкции). Возможно пропорциональное увеличение масштабов образца и фитингов для размещения таких материалов, но это выходит за рамки данного метода испытаний.

6.3 Измерение модуля упругости. Расчеты в данном методе испытаний предполагают наличие напряженного состояния постоянного сдвига между надрезами. Фактическая степень однородности изменяется в зависимости от уровня ортотропии материала и направления нагружения. И анализ, и всеохватывающее измерение экспериментального нагружения показали, что при испытании в 1 - 2 плоскостях образцов дают слишком высокую оценку модуля упругости (около 10% слишком высоки для углерода/эпоксидной смолы), в то время как образцов одного и того же материала дают значение примерно на 20% ниже. Наиболее точные измерения модуля сдвига в плоскости для однонаправленных материалов были показаны в случае образцов типа . Использование специализированных тензодатчиков сдвига, которые охватывают длину испытательной секции между корнями надрезов, позволяет измерить среднее напряжение сдвига даже при наличии неоднородного сдвига напряжения, и поэтому их можно рекомендовать.

6.4 Эксцентриситет силы. Во время нагружения может произойти кручение образца, что повлияет на результаты измерения пределов прочности и особенно модуля упругости. Вращение может произойти из-за фитинга, не соответствующего установленным допускам, или слишком тонких (неустойчивых) образцов, неправильно установленных в фитингах, не соответствующих установленным допускам из-за плохой подготовки образцов или кон фигурации материала с крайне низкой устойчивостью к кручению. Рекомендуется, чтобы, по крайней мере, один экземпляр каждого образца был проверен на тензодатчике с дублирующей системой для оценки степени кручения.

Примечание 3 - Кручение при незначительных изменениях устойчивости можно уменьшить при помощи тонкой приспособляемой сопрягающей поверхности (например, изоленты с пластмассовой основой) между фитингом и несущей поверхностью образца.

Оценить угол вращения образца, подставляя модуль сдвига с каждой стороны, Ga и Gb, в уравнение |(Ga - Gb)/(Ga + Gb)l x 100, при абсолютном напряжении 0,004. Если величина вращения более 3%, образцы следует проверить на предмет причин вращения и исправить, если это возможно. Если причина неочевидна или исправление невозможно, а вращение сохраняется, то измерение модуля сдвига следует проводить, используя среднюю величину показаний тензодатчиков с дублирующей системой.

6.5 Геометрические изменения образца. Детальный анализ напряжения образца с V-образным надрезом показал, что корректировку размеров надрезов (угол надреза, глубина и радиус) можно свести к минимальной неравномерности в распределении напряжений сдвига в результате ортотропии материи. Чтобы свести к минимуму сложность этого метода испытания, был принят единый стандарт геометрических измерений. Тем не менее, изменения угла надреза, глубины и радиуса с целью оптимизации производительности образца для конкретного материала являются приемлемыми, когда эти изменения четко обозначены в протоколе испытаний.

6.6 Определение момента разрушения

6.6.1 материалы - в образцах , испытанных в 1 - 2 плоскостях, в корне надреза обычно развивается видимая трещина, вызывающая небольшое снижение усилия до окончательного разрушения. Небольшое снижение усилия, сопровождающее образование трещины в корне надреза, не считается силой разрушения; скорее, сила, сопровождающая разрушение испытуемого участка, должна использоваться как сила разрушения;

6.6.2 материалы - в образцах , испытанных в 1 - 2 плоскостях, силу конечного разрушения определяют в виде максимальной силы, достигаемой на кривой "сила-смещение";

6.6.3 , ЛМК, ударопрочные - для , ЛМК или ударопрочных материалов сила разрушения при сдвиге может быть ниже максимальной силы, достигаемой во время испытаний. Для таких материалов волокна могут переориентироваться после разрушения при сдвиге, что впоследствии позволяет волокнам выдерживать большую часть сил. Эта переориентация, вероятнее всего, происходит в композитах с жестким матричным материалом, которые крайне нелинейны при сдвиге или в слоистых материалах, содержащих внеосевые волокна. В таких случаях усилие сдвига часто можно определить путем сопоставления результатов визуального наблюдения разрушения материала в испытательной секции с падением силы или значительным изменением наклона участка сила-перемещение. Кроме того, некоторые ударопрочные материалы могут деформироваться до такой степени, что разрушения при сдвиге не происходит вообще; скорее, образец, в конечном счете, разрушается в смешанном режиме. Следовательно, во избежание фиксации результатов, нерепрезентативных с точки зрения прочности на сдвиг, этот метод испытания заканчивается представлением данных по расчетной деформации сдвига, составляющей 5%.

ДА.4

11.2 Общие указания

11.2.1 В протоколе необходимо указать любые отклонения отданного метода испытаний, намеренные или неизбежные.

11.2.2 В случае, если в протоколе указывают относительную плотность, плотность, объем армирующих элементов или объем пустот, пробы отбирают из той же панели, из которой изготавливают образец для проведения испытаний на растяжение. Удельный вес и плотность могут быть оценены при помощи методики испытаний D792.

Объемное процентное содержание составных частей оценивают по одной из методик девулканизации матрицы, приведенных в методике испытаний D3171, либо, для ряда армирующих материалов, таких как стекло и керамика, путем выгорания матрицы по методу испытаний D2584. Уравнения, относящиеся к содержанию пустот (пористости), методики испытаний D2734, относятся как к методике испытаний D2584, так и к процедурам матричного разложения.

11.2.3 После любой процедуры кондиционирования, но до начала испытания на сдвиг, проводят измерение и протоколируют ширину образца по надрезу, w, с точностью до 25 мкм [0,001 дюйма], а также толщину образца у надреза, h, с точностью до 2,5 мкм [0,0001 дюйма].

Проводят расчет площади поперечного сечения следующим образом:

.

(1)

Фиксируют площадь, полученную таким образом, в виде площади образца в поперечном сечении, А, в единицах измерения []. Проверяют соблюдение потребных допусков в отношении угла надреза, глубины и радиуса.

11.2.4 Монтируют тензорезисторы в местах.

ДА.5

12 Проверка

12.1 Значение максимально допустимых параметров не подлежат расчету применительно ко всем образцам, которые разрушаются при определенном очевидном дефекте, если только такой дефект не представляет собой исследуемую переменную. Если расчеты таких значений по данному образцу не проводят, проводят повторные испытания.

12.2 При наличии значительной доли разрушений в выборочной совокупности, которая свидетельствует о наличие недопустимых режимов разрушений, необходимо повторно проанализировать условия нагружения материала.

Учитываемые факторы должны включать в себя центровку приспособления, зазоры между приспособлением и образцом, сужение толщины образца, а также неравномерность механической обработки.

ДА.6

15 Точность и погрешность

15.1 Точность

15.1.1 Серии предварительных межлабораторных испытаний.

Предварительные межлабораторные серии испытаний с использованием раннего издания данного метода испытания были проведены Комитетом ASTM D30 в семи лабораториях, используя несколько конфигураций однонаправленных карбоновых/эпоксидных и арамидных/эпоксидных слоистых материалов, также как и случайным образом ориентированных полиэфирных листовых прессматериалов с короткими волокнами (SMC). Плоскость сдвига, на которой проводились испытания во всех случаях, была плоскость 1 - 2. Все испытания были проведены при условии: один испытатель, одна испытательная установка и в один и тот же день. Детальные результаты данных межлабораторных испытаний были опубликованы (19). Так как данный метод испытаний и понимание того, как его лучше применять, усовершенствовался с момента проведения этих межлабораторных испытаний, Комитет D 30 планирует обновление точных формулировок и последующую адаптацию данного метода испытания в качестве стандарта.

15.1.2 Результаты.

Точность определена как 95%-ный доверительный интервал, требуемый для двух стандартных отклонений для испытанной выборки. Для результатов внутри одной лаборатории инструкция Е177 называет это повторяемостью, когда как для межлабораторных результатов ее называют воспроизводимостью.

Результаты, собранные в таблице 15.1, указывают на то, что конфигурация слоистых материалов имеет низкое распределение прочности по сравнению с другими конфигурациями. Также отмечен высокий разброс значений модуля упругости для всех испытанных конфигураций. Это было в значительной степени отнесено не к самому методу испытания, а к отсутствию стандартного определения модуля упругости в проекте метода испытания, который использовался в межлабораторных испытаниях.

Таблица 15.1 - Конфигурация и материал образцов

Конфигурация и материал образца	95% доверительный интервал (2а)
	Внутрилабораторная повторяемость		Межлабораторная воспроизводимость
	Прочность	Упругость	Прочность	Прочность
карбон/эпоксид	5,27	15,2	5,29	15,9
карбон/эпоксид	18,7	9,88	29,2	11,1
карбон/эпоксид	42,5	18,4	47,2	18,7
арамид/эпоксид	18,2	11,8	59,9	0,0
арамид/эпоксид	23,4	25,8	26,0	29,0
SMC	17,9	26,9	21,9	26,6

Погрешность не может быть определена для данного метода испытания, также как и не могут быть приведены ссылочные стандарты.