Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 56680-2015 "Композиты полимерные. Определение механических характеристик при изгибе материала внешнего слоя "сэндвич"-конструкций методом испытания длинной балки на изгиб" (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 октября 2015 г. N 1679-ст) (с изменениями и дополнениями)

Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 56680-2015
"Композиты полимерные. Определение механических характеристик при изгибе материала внешнего слоя "сэндвич"-конструкций методом испытания длинной балки на изгиб"
(утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 октября 2015 г. N 1679-ст)

Polymer composites. Determination facing's mechanical flexural properties of sandwich construction by long beam flexure method

Дата введения - 1 января 2017 г.

Введен впервые

ГАРАНТ:

Вертикальные линии, расположенные на полях, в тексте не приводятся

Предисловие

1 Подготовлен Открытым акционерным обществом "НПО Стеклопластик" совместно с Объединением юридических лиц "Союз производителей композитов" на основе официального перевода на русский язык англоязычной версии указанного в пункте 4 стандарта, который выполнен ТК 497 "Композиты, конструкции и изделия из них"

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 497 "Композиты, конструкции и изделия из них"

3 Утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 октября 2015 г. N 1679-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к стандарту ASTM D7249/D7249M-12 "Стандартный метод определения свойств наружных поверхностей многослойных структур путем изгибания длинной балки" (ASTM D7249/D7249M-12 "Standard Test Method for Facing Properties of Sandwich Constructions by Long Beam Flexure") путем изменения его структуры для приведения в соответствие с правилами, установленными в ГОСТ Р 1.5 (подраздел 3.1), путем изменения содержания отдельных структурных элементов, которые выделены вертикальной линией, расположенной на полях этого текста, а также невключения отдельных структурных элементов, ссылок и/или дополнительных элементов.

Оригинальный текст невключенных, модифицированных структурных элементов стандарта ASTM и объяснения причин внесения технических отклонений приведены в дополнительных приложениях ДА и ДБ.

Сравнение структуры настоящего стандарта со структурой указанного стандарта ASTM приведено в дополнительном приложении ДВ.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных стандартов АСТМ соответствующие им национальные и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в приложении ДГ

5 Введен впервые

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на полимерные композиты и устанавливает требования к определению механических характеристик при изгибе материала внешнего слоя "сэндвич"-конструкции методом испытания длинной балки на изгиб.

В качестве материалов внутреннего слоя "сэндвич"-конструкций используют пробковое дерево, пенопласты, а также материалы с сотовой конструкцией.

В качестве материалов внешнего слоя "сэндвич"-конструкций используют сбалансированно армированные многослойные полимерные композиты (ламинаты), структура которых симметрична относительно их срединной плоскости.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 166-89 (ИСО 3599-76) Штангенциркули. Технические условия

ГОСТ 6507-90 Микрометры. Технические условия

ГОСТ 7338-90 Пластины резиновые и резинотканые. Технические условия

ГОСТ 14359-69 Пластмассы. Методы механических испытаний. Общие требования

ГОСТ 28840-90 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб. Общие технические требования

ГОСТ 33519-2015 Композиты полимерные. Метод испытания на сжатие при нормальной, повышенной и пониженной температурах (ASTM D3410/D3410M-03(2008) "Стандартный метод определения характеристик при сжатии композитных материалов с полимерной матрицей методом сдвиговой нагрузки", MOD)

ГОСТ Р 56762-2015 Композиты полимерные. Метод определения влагопоглощения и равновесного состояния (ASTM D5229/D5229M-12 "Стандартный метод определения влагопоглощения и равновесного состояния композитных материалов с полимерной матрицей", MOD)

ГОСТ Р 56798-2015 Композиты полимерные. Метод определения жесткости при изгибе и жесткости в поперечном направлении "сэндвич"-конструкции (ASTM D7250/D7250M-06(12) "Стандартный метод определения жесткости на изгиб и сдвиг "сэндвич"-конструкции", MOD)

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Сущность метода

Сущность метода заключается в том, что образец, свободно лежащий на двух опорах, подвергают трех- или четырехточечному изгибу до разрушения материала внешнего слоя образца.

4 Оборудование

4.1 Микрометры по ГОСТ 6507, имеющие плоские измерительные поверхности, или штангенциркули по ГОСТ 166 обеспечивающие измерение толщины с точностью 0,025 мм, длины и ширины с точностью 0,25 мм.

4.2 Машина для испытаний по ГОСТ 28840, обеспечивающая нагружение образца с заданной постоянной скоростью перемещения активного захвата, измерение нагрузки с погрешностью не более 1% измеряемой величины, а также возможность регулирования скорости нагружения образца.

4.2.1 Машина для испытаний должна быть снабжена траверсой, по которой могут перемещаться две опоры и/или наконечник, создающие нагрузку в случае испытания на трехточечный изгиб, как показано на рисунке А.1 приложения А. При испытании на четырехточечный изгиб машина для испытаний должна быть обеспечена двумя траверсами, на каждой из которых могут перемещаться по две опоры, как показано на рисунке А.2 приложения А.

Пример нестандартной схемы нагружения на четырехточечный изгиб показан на рисунке А.3 приложения А.

4.2.2 Траверса должна обеспечивать неподвижность опор при испытаниях и иметь шкалу с ценой деления 1 мм, позволяющую устанавливать опоры на заданном расстоянии.

4.2.3 Опоры и/или наконечник для нагружения образцов, соединенные с нагружающими блоками через цилиндрические шарниры (см. рисунок А.2 приложения А), или опоры клинообразные и/или наконечник и нагружающие пластины с V-образным пазом (см. рисунок А.2 приложения А).

Ширина нагружающих блоков или нагружающих пластин должна быть 25 мм.

Радиус закругления клинообразных опор и/или наконечника должен быть не менее 3 мм. Радиус паза нагружающей пластины должен быть больше радиуса клинообразных опор и/или наконечника, а угол раствора паза должен быть таким, чтобы стороны клинообразных опор и/или наконечника не соприкасались со сторонами паза во время испытания.

Допускается использовать в качестве опор и/или наконечника стальные цилиндры диаметром 25 мм.

Длина нагружающих блоков, нагружающих пластин и ширина опор и/или наконечника, должна быть не менее ширины образца.

4.2.4 Пластины резиновые по ГОСТ 7338 шириной 25 мм, толщиной 3 мм, твердостью по Шору А 60.

4.3 Прибор для измерения прогиба образца с погрешностью не более 1% измеряемой величины.

4.4 Прибор для регистрации деформаций, обеспечивающий измерение деформаций с погрешностью не более 1% предельного значения измеряемой величины. Могут быть использованы тензопреобразователи сопротивления, параметры которых должны отвечать следующим требованиям: напряжение 1 В или 2 В, сопротивление не менее 350 Ом.

4.5 Камеры климатические для испытания и кондиционирования образцов в заданных условиях, обеспечивающей поддержание заданной температуры с точностью 3°С и воздействие других климатических факторов.

4.6 Пила дисковая, оснащенная алмазным отрезным кругом.

5 Подготовка к проведению испытаний

5.1 Подготовка образцов

5.1.1 Для определения механических характеристик при изгибе используют не менее пяти образцов, если иное не установлено в нормативном документе или технической документации на изделие.

5.1.2 Материал, толщина, порядок выкладки и направление армирующего наполнителя верхней и нижней грани образца должны быть одинаковыми.

Примечания

1 Под верхней гранью образца в настоящем стандарте понимают боковую поверхность образца, образованную материалом внешнего слоя образца, на которую воздействует нагрузка, под нижней гранью - боковую поверхность образца, образованную материалом внешнего слоя образца, противоположенную нагружаемой.

2 При расчетах делают допущение о том, что жесткость верхней и нижней грани образца равны. Однако, данное допущение может оказаться неверным по отношению к некоторым материалам внешнего слоя "сэндвич"-конструкций (например, к композитам, армированным арамидным волокном), у которых значительно различаются модули упругости при растяжении и сжатии или которые демонстрируют практически нелинейную зависимость напряжения от деформации.

5.1.3 Образцы изготавливают механической обработкой из изделий или полуфабрикатов либо путем склеивания исходных материалов, образующих материалы внутреннего и внешнего слоев "сэндвич"-конструкции.

Условия и метод изготовления образцов, механическая обработка, место и направление их вырезки указывают в нормативном документе или технической документации на испытуемое изделие.

Механическую обработку осуществляют при помощи дисковой пилы (см. 4.6) с применением воды для охлаждения.

5.1.4 Перед изготовлением образцов "сэндвич"-конструкций путем склеивания, микрометром измеряют толщину материала внешнего слоя образца с точностью 0,025 мм в трех местах: по краям и в середине.

При изготовлении образцов механической обработкой, толщину материала внешнего слоя образца рассчитывают исходя из толщины отдельного слоя, либо принимают значение, указанное в нормативной или технической документации на испытуемое изделие.

5.1.5 Образцы должны иметь ровные поверхности, без сколов, трещин, расслоений и других дефектов, заметных невооруженным глазом.

Все поверхности образцов должны быть плоскими, взаимно перпендикулярными и параллельными.

5.1.6 Образцы должны иметь маркировку.

Маркировка должна содержать порядковый номер образца, сведения о материале, из которого образец был получен.

Маркировка должна сохраняться в течение всего испытания, во всех условиях и режимах, установленных настоящим стандартом.

5.1.7 При стандартной схеме нагружения используют прямоугольные образцы длиной (6001) мм, шириной (750,5) мм и толщиной равной толщине изделия.

Примечание - Под стандартной схемой нагружения в настоящем стандарте понимают четырехточечное нагружение, при котором длина пролета S равна 560 мм, а длина нагружаемого пролета L - 100 мм.

5.1.8 При нестандартной схеме нагружения используют образцы, которые должны соответствовать следующим требованиям:

5.1.8.1 Ширину образца , мм, выбирают из условий:

,

(1)

где T - толщина испытуемого изделия, мм;

,

(2)

где S - длина пролета, мм;

а - размер соты материала внутреннего слоя образца, мм.

5.1.8.2 Длину образца , мм, вычисляют по формуле

,

(3)

где S - длина пролета, мм.

Если 0,5 T > 50 мм, длину образца , мм, вычисляют по формуле

,

(4)

где S - длина пролета, мм;

T - толщина испытуемого изделия, мм.

5.1.9 Толщина внешних слоев образца должна быть одинакова и удовлетворять условию

,

(5)

где t - толщина материала внешнего слоя образца, мм;

с - толщина материала внутреннего слоя образца, мм.

5.1.10 Предел прочности при сдвиге материала внутреннего слоя образца , МПа, должен удовлетворять условию (6)

,

(6)

где - предел прочности при изгибе материала внешнего слоя образца, МПа;

k - коэффициент запаса прочности на сдвиг материала внутреннего слоя образца (k = 0,75);

L - длина нагружаемого пролета, мм.

5.1.11 Предел прочности при сжатии материала внутреннего слоя , МПа, должен удовлетворять условию

,

(7)

где - ширина нагружающего блока или нагружающей пластины, мм.

5.2 Условия кондиционирования

5.2.1 Кондиционируют образцы по ГОСТ Р 567622 (метод С), если иное не установлено в нормативном документе или технической документации на изделие.

5.2.2 Образцы хранят при тех же условиях окружающей среды, при которых проводилось кондиционирование.

6 Проведение испытаний

6.1 Микрометром или штангенциркулем (см. 4.1) измеряют длину, ширину и толщину образцов в трех местах: по краям и в середине. Вычисляют среднее значение длины, ширины и толщины.

6.2 Испытания проводят в помещении или закрытом объеме при температуре (232)°С или при той же влажности, при которых проводилось кондиционирование, если иное не установлено в нормативном документе или технической документации на испытуемое изделие.

Испытания при повышенных и пониженных температурах проводят в специально предусмотренных климатических камерах. Температуру испытания и допускаемые ее колебания определяют в соответствии с нормативным документом или технической документацией на испытуемое изделие.

6.3 При проведении испытаний в условиях повышенных и пониженных температур время, необходимое для полного прогрева или охлаждения образца до его испытания, устанавливают в нормативном документе или технической документации на испытуемое изделие.

6.4 В зависимости от схемы нагружения, и вида изгиба устанавливают расстояние между опорами в соответствии с таблицей 1.

Схема приложения нагрузки для четырехточечного изгиба показана на рисунке 1 и для трехточечного изгиба на рисунке 2.

Рисунок 1 - Схема приложения нагрузки при четырехточечном изгибе

Рисунок 2 - Схема приложения нагрузки при трехточечном изгибе

Таблица 1

Схема нагружения	Длина пролета S, мм	Длина нагружаемого пролета L, мм
Стандартная: четырехточечный изгиб	560	100
Нестандартная: трехточечный изгиб	S	0
Нестандартная: четырехточечный изгиб	S	S/2
Нестандартная: четырехточечный изгиб	S	S/3

Длина пролета S, мм, должна удовлетворять условию

,

(8)

где - предел прочности при сдвиге материала внутреннего слоя, МПа.

Примечание - При трехточечном нагружении значение L равно нулю.

Устанавливают и закрепляют приборы для измерения прогиба в середине пролета.

6.5 Для регистрации деформации при четырехточечной схеме нагружения посередине на верхней и нижней гранях образца устанавливают тензопреобразователи сопротивления. Тензопреобразователи сопротивления должны быть установлены вдоль продольной оси образца.

При трехточечном изгибе тензопреобразователи сопротивления не используют.

6.6 Устанавливают образец на опоры таким образом, чтобы плоскость материала внешнего слоя "сэндвич"-конструкции была перпендикулярна к направлению нагружения. Приводят в соприкосновение с верхней гранью образца наконечник или две опоры в зависимости от вида изгиба и регулируют их таким образом, чтобы допускаемое отклонение от параллельности поверхностей не превышало 1°. Между наконечником/опорами и образцом прокладывают резиновые пластины (см. 4.2.4).

6.7 Устанавливают скорость перемещения наконечника/опор в соответствии с нормативным документом или технической документацией на изделие. При отсутствии этих данных скорость перемещения наконечника/опор устанавливают такой, чтобы разрушение образца происходило в течение 3 - 6 мин. Рекомендуемые значения:

- скорость деформации - 0,01 ;

- скорость перемещения наконечника/опор - 6 мм/мин.

6.8 Нагружают образец с заданной постоянной скоростью и записывают значения смещения наконечника/опор, деформации и прогибов и соответствующих нагрузок.

Значения регистрируют непрерывно или через регулярные интервалы таким образом, чтобы при проведении испытания было записано не менее 100 значений.

6.9 При возникновении первичных разрушений образца: расслоение материала внешнего слоя, отслоение материала внутреннего слоя от материала внешнего слоя, частичное разрушение материала внутреннего слоя и местное раздробление материала внутреннего слоя - записывают нагрузку, значение смещения наконечника/опор и характер первичного разрушения.

6.10 При возникновении разрушения образца записывают максимальную нагрузку, деформацию и прогиб, предшествующие разрушению образца.

6.11 Для описания характера участка и места разрушения используют обозначения в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2

Первый символ		Второй символ		Третий символ
Характер разрушения	Шифр	Участок разрушения	Шифр	Место разрушения	Шифр
Отслоение материала внутреннего слоя от материала внешнего слоя	D	У наконечника	А	Нижняя грань	В
Разрушение армирующего наполнителя	F	Датчик	G	Верхняя грань	Т
Сквозная трещина	Н	Несколько участков	М	Обе грани (верхняя и нижняя)	F
Нестабильность слоя	L	Снаружи от датчика	О	Материал внутреннего слоя	С
Местный залом	W	Различные	V	Граница соединения материала внутреннего слоя и материала внешнего слоя	А
Несколько видов разрушения	M(xyz)	Неизвестен	U	Различные	V
Дробление материала внутреннего слоя	С			Неизвестно	U
Продольное расщепление	Р
Растяжение	N
Поперечный сдвиг	S
Взрывной тип	X
Прочее	О

6.12 Результаты испытаний не учитывают, если разрушение произошло за границами нагружаемого пролета при четырехточечном изгибе, или в радиусе более чем 12 мм при трехточечном изгибе, или у которых в процессе испытания обнаружены дефекты.

7 Обработка результатов

7.1 Предельное напряжение при растяжении или сжатии материала внешнего слоя , МПа, вычисляют по формуле

,

(9)

где - максимальная нагрузка, предшествующая разрушению образца, Н;

d - толщина образца, мм;

b - ширина образца, мм.

При разной толщине верхней и нижней грани образца предельное напряжение при растяжении или сжатии рассчитывают для каждой грани.

Предельное напряжение при сжатии верхней грани образца , МПа, вычисляют по формуле

,

(10)

где - толщина верхней грани образца, мм.

Предельное напряжение при растяжении нижней грани образца , МПа, вычисляют по формуле

,

(11)

где - толщина нижней грани образца, мм.

Толщину материала внутреннего слоя образца с, мм, вычисляют по формуле

.

(12)

При разной толщине верхней и нижней грани образца толщину материала внутреннего слоя образца с, мм, вычисляют по формуле

.

(13)

7.2 Хордовый модуль при сжатии верхней грани , Па, вычисляют по формуле

,

(14)

где - напряжение при сжатии верхней грани образца, при нагрузке соответствующей относительной деформации при сжатии = 3000, Па;

- напряжение при сжатии верхней грани образца, при нагрузке соответствующей относительной деформации при сжатии = 1000, Па.

Напряжение при сжатии верхней грани образца вычисляют по формуле (10).

Хордовый модуль при растяжении нижней грани , Па, вычисляют по формуле

,

(15)

где - напряжение при растяжении нижней грани образца, при нагрузке соответствующей относительной деформации

при растяжении = 3000, Па;

- напряжение при растяжении нижней грани образца, при нагрузке соответствующей относительной деформации при растяжении = 1000, Па. Результат округляют до третьей значащей цифры.

7.3 Жесткость при изгибе "сэндвич"-конструкции , , вычисляют по формуле

,

(16)

где - нагрузка, соответствующая относительной деформации при сжатии = 3000, Н;

- нагрузка, соответствующая относительной деформации при сжатии = 1000, Н.

Примечание - Формула (16) применима только тогда, когда упругостью балки под действием сдвига можно пренебречь. Метод определения жесткости при изгибе и жесткости при сдвиге в поперечном направлении "сэндвич"-конструкции, когда упругостью нельзя пренебречь, приведен в ГОСТ Р 567983.

7.4 Среднеарифметическое значение предельного напряжения при растяжении или сжатии материала внешнего слоя , МПа, хордового модуля при сжатии верхней грани образца или при растяжении нижней грани образца , Па, жесткости при изгибе "сэндвич"-конструкции , , вычисляют по ГОСТ 14359 (подпункт 4.3).

Результат округляют до третьей значащей цифры.

7.5 Стандартное отклонение предельного напряжения при растяжении или сжатии материала внешнего слоя , МПа, хордового модуля при сжатии верхней грани образца или при растяжении

нижней грани образца , Па, жесткости при изгибе "сэндвич"-конструкции , , вычисляют по формуле

,

(17)

где , , - единичное значение предельного напряжения при растяжении или сжатии материала внешнего слоя, МПа, хордового модуля при сжатии верхней грани образца или при растяжении нижней грани образца, Па, жесткости при изгибе "сэндвич"-конструкции, ;

n - число наблюдений;

, , - среднее арифметическое значение предельного напряжения при растяжении или сжатии материала внешнего слоя, МПа, хордового модуля при сжатии верхней грани образца или при растяжении нижней грани образца, Па, жесткости при изгибе "сэндвич"-конструкции, .

7.6 Коэффициент вариации , %, вычисляют по ГОСТ 14359 (подпункт 4.6).

7.7 Строят график зависимости нагрузки от смещения наконечника/опор (см. ГОСТ 33519) и определяют по нему:

- переходную область;

- тангенс угла наклона в графике нагрузка - смещение до точки перехода и после точки перехода;

- точку перехода.

8 Протокол испытаний

Результаты проведения испытаний оформляют в виде протокола, содержащего:

- ссылку на настоящий стандарт;

- описание "сэндвич"-конструкции, включая: тип, обозначение, присвоенное изготовителем, номер партии, дата изготовления, нормативную или техническую документацию на изделие, материал внешнего слоя, материал внутреннего слоя, клеящее вещество;

- процедуру изготовления образца;

- длину, ширину, толщину образца, толщину материала внешнего слоя образца;

- схему нагружения, длину нагружаемого пролета, длину пролета;

- сведения об используемом оборудовании для испытания;

- условия кондиционирования, хранения и испытания;

- количество образцов;

- скорость испытания;

- предельное напряжение при растяжении или сжатии, его среднее арифметическое значение, стандартное отклонение и коэффициент вариации;

- хордовый модуль при сжатии верхней грани и при растяжении нижней грани, его среднее арифметическое значение, стандартное отклонение и коэффициент вариации;

- жесткости при изгибе, ее среднее арифметическое значение, стандартное отклонение и коэффициент вариации;

- зависимость нагрузки от смещения наконечника/опор для каждого образца;

- зависимость нагрузки от прогиба для каждого образца;

- зависимость нагрузки от деформации для каждого образца;

- характер разрушения и место разрушения;

- дату проведения испытания.