Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 56681-2015 "Композиты полимерные. Определение механических характеристик при сжатии однонаправленно армированных материалов испытанием на четырехточечный изгиб "сэндвич"-балки" (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 октября 2015 г. N 1680-ст)

Polymer composites. Determination of mechanical characteristics by compression of unidirectional reinforcement materials by four-point bending of sandwich beam

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 1680-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к стандарту АСТМ Д5467/Д5467М-97 "Стандартный метод определения механических характеристик при сжатии однонаправленно армированных материалов испытанием на четырехточечный изгиб "сэндвич"-балки" (ASTM D5467/D5467M-97 "Standard Test Method for Compressive Properties of Unidirectional Polymer Matrix Composite Materials Using a Sandwich Beam", MOD) 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 не включения отдельных структурных элементов, ссылок и/или дополнительных элементов.

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

Сравнение структуры настоящего стандарта со структурой указанного стандарта АСТМ 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 дополнительном приложении ДГ

5 Введен впервые

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на полимерные композиты и устанавливает метод определения механических характеристик при сжатии в плоскости армирования однонаправленно армированных материалов внешнего слоя "сэндвич"-конструкций испытанием на четырехточечный изгиб "сэндвич"-балки.

В качестве армирующего наполнителя материалов внешнего слоя "сэндвич"-конструкций используют высокомодульные непрерывные волокна.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 6507-90 Микрометры. Технические условия

ГОСТ 7338-90 Пластины резиновые и резинотканые. Технические условия

ГОСТ 12423-2013 (ISO 291:2008) Пластмассы. Условия кондиционирования и испытания образцов (проб)

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)

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 подвергают четырехточечному изгибу до разрушения материала внешнего слоя образца, при этом определяют:

- предел прочности при сжатии верхней грани образца;

- напряжение при сжатии верхней грани образца;

- среднюю деформацию при сжатии верхней грани образца в i-й определенной контрольной точке;

- среднюю максимальную деформацию при сжатии верхней грани образца;

- хордовый модуль при сжатии материала внешнего слоя образца;

- деформацию перехода.

4 Оборудование

4.1 Микрометр по ГОСТ 6507, обеспечивающий измерение толщины образца с точностью 2,5 мкм.

4.2 Микрометр по ГОСТ 6507, обеспечивающий измерение ширины образца с точностью 25 мкм.

4.3 Машина для испытания 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.

4.3.1 Машина для испытания должна быть снабжена двумя траверсами, на каждой из которых могут перемещаться по две опоры.

4.3.2 Траверсы должны обеспечивать неподвижность опор при испытаниях и иметь шкалу с ценой деления 1 мм, позволяющей устанавливать опоры на заданном расстоянии.

4.3.3 Опоры должны иметь цилиндрическую форму. Диаметр опор зависит от толщины образца и должен быть не менее 1,5 T, где T - толщина образца в миллиметрах.

4.3.4 Для предотвращения разрушения материала внешнего слоя образца допускается использовать резиновые пластины по ГОСТ 7338 шириной 1,5 T, где T - толщина образца, мм, толщиной 3 мм, твердостью по Шору А 60.

4.3.5 Длина опор и резиновых пластин должна быть не менее ширины образца.

4.4 Приборы для регистрации деформаций, обеспечивающие измерение деформаций с погрешностью не 1% предельного значения измеряемой величины.

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

4.6 Пила дисковая с водяным охлаждением, оснащенная алмазным отрезным кругом.

5 Подготовка к проведению испытаний

5.1 Подготовка образцов

5.1.1 Для определения механических характеристик при сжатии методом испытания "сэндвич"-балки на четырехточечный изгиб используют не менее пяти образцов, если иное не установлено в нормативной или технической документации на изделие.

5.1.2 Для испытания применяют образцы, которые должны соответствовать требованиям таблицы 1.

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

Таблица 1

Наименование параметра		Образец типа А	Образец типа Б
		Направление армирования верхней грани, град.
		0	90
Длина образца L, мм		550	205
Толщина верхней грани образца , мм		0,8	1,2
Толщина материала внутреннего слоя образца , мм		40	13
Толщина нижней грани образца , мм		1,6	1,6
Плечо силы , мм		200	52,5
Ширина образца w, мм		25	25
Материал внутреннего слоя	размер шестигранных сот	От 3 до 4 мм	От 3 до 4 мм
	тип материала	Алюминий	Алюминий
	ось w/"L"	В направлении пролета	В направлении пролета
	плотность,	368	130
Нижняя грань		Аналогична верхней грани	Сплав Д16
Примечание - 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, противоположную нагружаемой.

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

Механическую обработку осуществляют при помощи дисковой пилы (см. 4.6).

5.1.4 Перед изготовлением образцов, путем склеивания, микрометром (см. 4.1) измеряют толщину верхней и нижней грани рабочей части образца в трех местах: по краям и в середине. Записывают среднее арифметическое значение толщины верхней и нижней грани для каждого образца.

При изготовлении образцов механической обработкой толщину верхней и нижней грани не измеряют, а используют значение, установленное в нормативном документе или технической документации на изделие.

5.1.5 После изготовления образцов вычисляют площадь поперечного сечения рабочей части образца по формуле (1) и записывают значение в протокол испытаний.

Площадь поперечного сечения образца А, , вычисляют по формуле

.

(1)

5.1.6 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.

5.1.7 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.

5.2 Условия кондиционирования, хранения и испытания

5.2.1 Образцы кондиционируют по ГОСТ Р 56762 (метод С).

5.2.2 Образцы хранят и испытывают при стандартной атмосфере 23/50 по ГОСТ 12423.

6 Проведение испытаний

6.1 При испытании образцов типа А устанавливают датчики регистрации деформации (см. 4.4) как показано на рисунке 1.

Рисунок 1

При испытании образцов типа В, устанавливают датчик регистрации деформации как показано на рисунке 2.

Рисунок 2

6.2 В зависимости от типа образца устанавливают расстояние между опорами как показано на рисунке 3 (для образцов типа А) и на рисунке 4 (для образцов типа В).

6.3 Между опорами и образцом прокладывают резиновые пластины (см. 4.3.4). Устанавливают образец на опоры, приводят в соприкосновение с его верхней гранью две опоры и регулируют их таким образом, чтобы допускаемое отклонение от параллельности поверхностей не превышало 1°.

Рисунок 3

Рисунок 4

6.4 Устанавливают скорость перемещения опор в соответствии с нормативным документом или технической документацией на изделие. При отсутствии этих данных скорость перемещения опор устанавливают такой, чтобы разрушение образца происходило в течение 1 - 10 мин. Рекомендуемые значения:

- скорость деформации - 0,01 ;

- скорость перемещения опор - 1,5 мм/мин.

6.5 Нагружают образец с заданной постоянной скоростью и записывают значения нагрузки и деформации.

Если при испытании образца типа А разница в показаниях между двумя датчиками регистрации деформации превышает 10% результаты испытания не учитывают.

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

6.6 При появлении первичных признаков разрушения верхней грани образца: резкое изменение формы графика зависимости напряжения от деформации (образование так называемой области перехода) или начальное разрушение слоя верхней грани - записывают значения нагрузки, деформации и характер разрушения.

6.7 При разрушении верхней грани образца записывают значения максимальной нагрузки и деформации, а также место и характер разрушения.

6.8 Для описания места и характера разрушения используют обозначения в соответствии с ГОСТ 33519 (раздел 9) и таблицей 2.

Таблица 2

Первый символ		Второй символ		Третий символ
Характер разрушения	Шифр	Участок разрушения	Шифр	Место разрушения	Шифр
Отслоение оболочки от заполнителя	D	У нагружающей опоры	А	Слева	L
Разрушение нити	F	Датчик	G	Справа	R
Сквозная трещина	Н	Несколько участков	М	В середине	М
Нестабильность слоя	L	Снаружи от датчика	О	Различные	V
Местный залом	W	Различные	V	Неизвестно	U
Несколько видов	M (xyz)	Неизвестен	U
Дробление заполнителя	С
Продольное расщепление	S
Поперечный сдвиг	Т
Взрывной тип	X
Прочее	O

Примеры допустимого вида разрушений образцов показаны на рисунке А.1 приложения А. Примеры недопустимого вида разрушений образцов показаны на рисунке А.2 приложения А.

6.9 Результаты испытаний учитывают при разрушении верхней грани образца на центральном участке рабочей части образца длиной 50 мм.

6.10 Результаты испытаний не учитывают при разрушении материала внутреннего слоя: сдвиг, смятие, расслоение между материалом внешнего и внутреннего слоя.

7 Обработка результатов

7.1 Предел прочности при сжатии верхней грани образца , МПа, вычисляют по формуле

(2)

где - максимальная нагрузка, предшествующая разрушению верхней грани образца, Н;

- плечо силы, мм;

а - расстояние между нейтральными осями верхней и нижней гранями образца, мм;

- расстояние между нейтральными осями материала внутреннего слоя и нижней гранью, мм;

- толщина верхней грани рабочей части образца, мм;

w - ширина рабочей части образца, мм;

- модуль упругости нижней грани в направлении проведения испытания, МПа;

- расчетный модуль упругости верхней грани в направлении проведения испытания, МПа;

- толщина нижней грани образца, мм.

7.2 Напряжение при сжатии верхней грани образца , МПа, вычисляют по формуле

,

(3)

где - нагрузка в i-й контрольной точке, Н.

Расстояние между нейтральными осями верхней и нижней гранями образца a, мм, вычисляют по формуле

,

(4)

где - толщина материала внутреннего слоя образца, мм.

Расстояние между нейтральными осями материала внутреннего слоя и нижней гранью , мм, вычисляют по формуле

,

(5)

7.3 Для образцов типа А или в том случае, если верхняя и нижняя грань образца обладают одинаковой жесткостью и толщина нижней грани образца вдвое превышает толщину испытуемой грани, формулы 3 и 4 упрощают до формул 7 и 8.

7.3.1 Предел прочности при сжатии верхней грани образца , МПа, вычисляют по формуле

,

(6)

7.3.2 Напряжение при сжатии верхней грани образца , МПа, вычисляют по формуле

,

(7)

7.4 Среднюю деформацию при сжатии верхней грани образца типа А в i-й контрольной точке , вычисляют по формуле

,

(8)

где - деформация при сжатии в i-й контрольной точке, измеренная первым датчиком;

- деформация при сжатии в i-й контрольной точке, измеренная вторым датчиком.

7.5 Среднюю максимальную деформацию при сжатии верхней грани образца типа А вычисляют по формуле

,

(9)

где - максимальная деформация при сжатии, измеренная первым датчиком;

- максимальная деформация при сжатии, измеренная вторым датчиком.

7.6 Хордовый модуль при сжатии материала внешнего слоя образца , МПа, вычисляют по формуле

,

(10)

где - изменение напряжения при сжатии для двух точек деформации, в соответствии с таблицей 3, МПа;

- изменение средней деформации при сжатии для двух точек, в соответствии с таблицей 3 (необходимо использовать абсолютную деформацию, не микродеформацию, номинально 0,002).

7.6.1 Выбирают соответствующий диапазон деформаций для модуля упругости, определяемого хордой по таблице 3.

Таблица 3

Диапазон величины продольной деформации для расчета определяемого по хорде модуля
Начальная точка,	Конечная точка,
1000	3000
Данный диапазон деформаций указан для отражения нижней половины кривой "напряжение-деформация". Для материалов, соответствующих уровню ниже 6000 рекомендован диапазон деформаций в размере 25 - 50% от предельной.

7.7 Деформацию перехода определяют в соответствии с ГОСТ Р 33579.

7.8 Среднее арифметическое значение предела прочности при сжатии верхней грани образца , МПа, среднее арифметическое значение напряжения при сжатии верхней грани образца , МПа, среднее арифметическое значение хордового модуля при сжатии материала внешнего слоя образца , МПа вычисляют по ГОСТ 14359 (подпункт 4.3).

7.9 Стандартное отклонение предела прочности при сжатии верхней грани образца , МПа, стандартное отклонение напряжения при сжатии верхней грани образца , МПа, стандартное отклонение хордового модуля при сжатии материала внешнего слоя образца и , МПа, вычисляют по формуле

,

(11)

где - предел прочности при сжатии верхней грани образца единичного значения, МПа (напряжение при сжатии верхней грани образца единичного значения, МПа, хордового модуля при сжатии материала внешнего слоя образца единичного значения, МПа);

n - число наблюдений;

- среднее арифметическое значение предела прочности при сжатии верхней грани образца, МПа (среднее арифметическое значение напряжения при сжатии верхней грани образца, МПа, среднее арифметическое значение хордового модуля при сжатии материала внешнего слоя образца, МПа).

7.10 Коэффициент вариации предела прочности при сжатии верхней грани образца , коэффициент вариации напряжения при сжатии верхней грани образца , %, коэффициент вариации хордового модуля при сжатии материала внешнего слоя образца , %, вычисляют по ГОСТ 14359 (подпункт 4.6).

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;

- описание внешнего слоя;

- описание внутреннего слоя "сэндвич"-конструкции, включая: дату начала изготовления, дату окончания изготовления, характеристику процесса изготовления, описание используемого оборудования;

- информацию о подготовке и маркировке образца;

- геометрические параметры образца, в том числе площадь поперечного сечения;

- условия кондиционирования;

- скорость перемещения опор;

- вид, площадь и место разрушения для каждого образца;

- предел прочности при сжатии верхней грани образца, его среднее арифметическое значение, стандартное отклонение и коэффициент вариации;

- напряжение при сжатии верхней грани образца, ее среднее арифметическое значение, стандартное отклонение и коэффициент вариации;

- среднюю деформацию при сжатии верхней грани образца типа А в i-й контрольной точке;

- среднюю максимальную деформацию при сжатии верхней грани образца типа А;

- хордовый модуль при сжатии материала внешнего слоя образца, его среднее арифметическое значение, стандартное отклонение и коэффициент вариации;

- деформацию перехода;

- дату проведения испытания.