Приложение ДА (справочное). Оригинальный текст невключенных структурных элементов

Приложение ДА
(справочное)

Оригинальный текст невключенных структурных элементов

ДА.1

1 Область применения

1.2 Значения, указанные в единицах системы СИ или дюйм-фунт системы единиц, считаются стандартными по отдельности. Значения, выраженные в обеих системах, могут быть не строго эквивалентны друг другу, поэтому системы следует использовать независимо друг от друга. Комбинирование значений из двух систем измерения может привести к несоответствию требованиям стандарта.

1.3 В настоящем стандарте не предусмотрено рассмотрение всех вопросов обеспечения безопасности, связанных с его применением. Пользователь настоящего стандарта несет ответственность за установление соответствующих правил по технике безопасности и охране здоровья, а также определяет целесообразность применения законодательных ограничений перед его использованием.

ДА.2

2.2 Прочие документы:

ANSI Y14.5M-1982 Геометрические размеры и допуски

ANSI/ASME В46.1-1985 Текстура поверхности (шероховатость, волнистость и направление текстуры)

2.3 Дополнительные документы АСТМ:

Технологические чертежи зажимных губок для крепления образца с V-образными надрезами.

ДА.3

4.2 Образец устанавливают в два захвата так, чтобы V-образные надрезы располагались вдоль линии приложения силы. Два захвата перемещают друг относительно друга с помощью испытательной машины с записью усилия. Относительное смещение двух захватов создает в образце напряжение сдвига. Измерение деформации сдвига в материале осуществляется с помощью двух датчиков деформации, установленных под углом  45° к оси нагружения в середине образца и вдоль оси нагружения.

4.3 V-образные надрезы влияют на распределение напряжений сдвига в средней части образца, что создает более равномерное распределение, чем в образце без надрезов. Поскольку надрезы уменьшают ширину образца, среднее напряжение сдвига увеличивается по сравнению с образцом без надрезов.

ДА.4

5 Значимость и применение

5.1 Данное испытание на сдвиг предназначено для получения данных о свойствах материала под воздействием усилия на сдвиг для целей проектирования, составления спецификаций на материалы, проведения научно-исследовательских работ и контроля качества. Стойкость материала к сдвигу оценивают как в пределах одного слоя, так и между слоями, в зависимости от ориентации системы координат материала относительно оси нагружения. В число факторов, влияющих на сопротивление сдвигу и включаемых в протокол испытаний, входят: материал, методы изготовления материала и укладки слоев, схемы армирования, подготовка образца, кондиционирование образца, условия в ходе испытаний, выравнивание и зажатие образца, скорость проведения испытаний, время выдержки при определенной температуре, содержание пустот, а также объемная доля армирующего материала.

5.2 В анизотропных материалах измерение свойств можно производить в любой из шести возможных плоскостей сдвига (1-2 или 2-1, 1-3 или 3-1, 2-3 или 3-2). Для каждого образца возможно измерение только в одной плоскости сдвига. При использовании данного метода испытаний можно получить следующие свойства образца для заданной плоскости:

5.2.1 Зависимость фактической деформации сдвига от напряжения сдвига.

5.2.2 Предел прочности при сдвиге.

5.2.3 Предел фактической деформации сдвига.

5.2.4 Модуль упругости при сдвиге, определенный методом хорды.

ДА.5

6 Влияющие факторы

6.1 Подготовка материала и образца. Нарушение технологий изготовления материалов, недостаточный контроль выравнивания волокон и повреждения, вызванные ненадлежащей обработкой образца, являются распространенными причинами большого разброса данных о композитных материалах.

6.2 Измерение модуля упругости. В расчетах модуля при сдвиге в данном методе испытаний принимается равномерное распределение напряжений и деформаций сдвига в зоне образца между концами надрезов. Фактическая однородность зависит от ортотропности материала в направлении нагружения и геометрии надрезов (угла, глубины и радиуса). Детальный анализ напряжений (1) показал, что образцы [0]_n дают слишком высокие показатели модуля упругости (завышенные на 5 % - 10 % для углепластика), а образцы [0/90]_ns дают достаточно точные значения модуля упругости. Кроме того, анализ напряжений показал, что образцы с долей слоев с ориентацией  45° от 25 до 100 % дают сравнительно точные значения модуля упругости для многослойных материалов.

6.3 Изменения геометрических параметров образца. Изменения геометрии образца (угла, глубины и радиуса надреза) влияют на степень неоднородности напряжений и деформаций сдвига в зоне образца между надрезами. Рекомендации по размерам надрезов в зависимости от степени ортотропности материала на данный момент разработаны не полностью. Поэтому принят только один набор геометрических параметров образца. Изменения угла, глубины и радиуса надреза с целью увеличения однородности распределений напряжений и деформаций сдвига в каждом конкретном материале, в том числе многослойном, допускаются, если они четко отражены в протоколе испытаний.

6.4 Эксцентриситет приложения нагрузки. При приложении нагрузки возможно скручивание образца, что влияет на результаты измерений прочности и в особенности модуля упругости. Скручивание возникает из-за нарушения допусков на размеры крепления и образца или из-за неправильной установки образца в захватах. Рекомендуется испытать как минимум один образец из каждой партии с установленными вплотную друг к другу датчиками деформации для оценки степени скручивания. Скручивание в процентах для образца оценивается подстановкой значений модуля сдвига с каждой стороны, G_a и G_b, в выражение , определенных при фактической деформации сдвига 0,004. Если скручивание превышает 3 %, то выясняют и устраняют его причину. Если выяснить или устранить причину невозможно, но скручивание продолжает проявляться, необходимо измерить модуль сдвига, используя средние показания датчиков, установленных вплотную друг к другу.

6.5 Обнаружение разрушения. Учитывают ориентацию волокон, показанную на рисунке 6:

6.5.1 Однонаправленные образцы [0]_n. Использование однонаправленных образцов [0]_n не рекомендуется, поскольку они дают завышенные значения модуля упругости (на 5 % - 10 % для углепластиков на эпоксидной полимерной матрице). В однонаправленных образцах [0]_n образуются видимые трещины у основания надреза, что вызывает незначительное падение силы (на 5 % - 10 % от силы при разрушении) перед окончательным разрушением. Небольшое падение усилия, сопровождающее растрескиванием основания надреза, не считается усилием разрушения, в качестве такового должно рассматриваться усилие, при котором происходит разрушение испытуемого образца по рабочей зоне.

6.5.2 Однонаправленные образцы [90]_n. Использование однонаправленных образцов [90]_n не рекомендуется, поскольку в нем нет волокон, проходящих на всю ширину образца между захватами. Поэтому образец может быть поврежден или разрушен при установке в оснастку.

6.5.3 Ленточные и тканевые образцы [0/90]_ns. Разрушающее усилие сдвига может быть ниже максимальной силы, приложенной в ходе испытания. Волокна в таких многослойных материалах могут вращаться после разрушения, что позволяет волокнам воспринимать значительную часть усилия. В этих случаях усилие разрушения при сдвиге часто можно определить корреляцией визуально наблюдаемого разрушения в рабочей зоне с падением усилия или по значительному падению на графике зависимости силы от смещения.

6.5.4 Ленточные и тканевые образцы с не менее чем 25 % слоев с укладкой  45°. Эти образцы обладают высокой прочностью на сдвиг, однако могут коробиться при приложении силы, особенно это характерно для тонких образцов. Коробление можно определить по показаниям датчиков деформации с противоположных сторон образца, если в процессе нагружения их показания начинают различаться более чем на 10 %. Данные, полученные с образца с короблением, не показательны в отношении сопротивления материала сдвигу. Необходимо проверить результаты определения модуля, чтобы убедиться, что в диапазоне измерения модуля не имело место коробление. Необходимо проверить измеренную прочность, чтобы убедиться, что коробление образца не повлияло на прочность при сдвиге. Разрушение в результате коробления не должно интерпретироваться как показатель максимальной прочности при сдвиге.

6.5.5 Ленточные и тканевые многослойные материалы с большой долей слоев с ориентацией  45°. Расслоение (разделение слоев). Такое разрушение является следствием нестабильности слоев  45° при сжимающей нагрузке в направлении волокон, в отличие от общего разрушения образца при короблении, описанного выше. Кроме того, расслоение может быть результатом напряжений между слоями, образующимися в разнонаправленных многослойных материалах при нагружении сдвигом. Различия в показаниях датчиков деформации при расслоении могут быть незаметны, однако разрушение определяется по разделению слоев, а не по излому волокон.

ДА.6

7.2 Динамометрический ключ. Для измерения момента затяжки зажимных болтов. Должен быть откалиброван в пределах применяемого диапазона крутящего момента.

ДА.7

11.1 Параметры, определяемые до проведения испытаний:

11.1.1 Метод отбора образца, тип и геометрия образца, а при необходимости подвижных механизмов для кондиционирования.

11.1.2 Форма представления сдвиговых свойств и протокола испытаний.

Примечание - Определить конкретное свойство материала, погрешности, а также требования к фиксации данных до начала испытаний в целях корректного отбора КИП и аппаратуры регистрации данных. Необходимо также оценить действующие напряжения и деформации, что поможет в выборе датчиков деформации, калибровке оборудования и определении настроек оборудования.

11.1.3 Условия окружающей среды при проведении испытаний.

11.1.4 Если выполнялось методом отбора проб, геометрические параметры образца, а также параметры испытания, используемые для определения поверхностной плотности и доли армирующего наполнителя.

11.2.1 В протоколе необходимо указать любые отклонения от данного метода испытаний.

11.2.2 Если в протокол испытаний необходимо внести плотность материала заполнителя, то образцы для определения плотности необходимо отбирать из того же листа, что и образец для испытания на сдвиг. Плотность можно определять в соответствии с методикой испытаний Д792. Объемное содержание компонентов определяют, используя одну из процедур разложения матриц, описанных в методике испытаний Д3171, либо, для некоторых видов армированных материалов, таких как стекло и керамика, технологию выжигания матрицы, описанную в методике испытаний Д2584. Уравнения для определения содержания пустот, приведенные в методике испытаний Д2734, применяют как к методике испытаний Д2584, так и к процедурам разложения матриц.

ДА.8

12 Проверка

12.1 Значения характеристик не рассчитывают для образцов, разрушающихся в месте какого-либо очевидного дефекта, кроме случаев, когда производится исследование влияния этих дефектов. По образцам, значения для которых не рассчитывают, необходимо провести повторные испытания.

12.2 Значительная часть разрушений на концах образцов выбранной совокупности является поводом для проверки способа приложения усилий к материалу. В число учитываемых факторов входят совмещение половинок приспособления, качество и целостность клеевого соединения, толщина образца, соотношение длины и толщины образца и точность/качество механической обработки.

ДА.9

15 Точность и систематическая погрешность

15.1 Точность. Данные, необходимые для определения точности, отсутствуют для данного метода испытаний.

15.2 Систематическая погрешность. Определить систематическую погрешность для данного метода испытаний не представляется возможным по причине отсутствия эталонных данных.