Приложение ДБ (справочное). Оригинальный текст невключенных структурных элементов примененного международного стандарта

Приложение ДБ
(справочное)

Оригинальный текст невключенных структурных элементов примененного международного стандарта

ДБ.1

7.4 Измерение податливости испытательной машины

Если жесткость разрывной машины с соответствующими захватами и штифтами неизвестна, определяют коэффициент податливости, связанный с настройкой машины, как описано в приложении А. Учитывают полученную податливость при расчетах, представленных в разделе 8, если для измерения смещения при открытии образца во время испытаний не используется экстензометр и поправкой на податливость испытательной машины, описанной в приложении А, надо пренебречь.

Проводят измерение податливости системы после испытаний на разрушение таким образом, чтобы максимальная нагрузка получалась в испытаниях на разрушение и диапазон нагрузки, в котором предполагается измерять податливость системы, был известен. Корректируют смещение, измеренное в ходе испытания DCB или TDCB, чтобы учесть отклонения в системе нагружения. В расчетах для каждого испытания используют скорректированные значения смещения.

Если для измерения смещения используют экстензометр, присоединенный к образцу или нагружающим штифтам, то поправку на податливость системы не вносят.

ДБ.2

Приложение А
(справочное)

Измерение податливости системы

Предупреждение - Необходимо обеспечить выполнение данной методики опытным персоналом, в противном случае может произойти поломка оборудования при нагружении калибровочного образца.

Примечание - При проведении межлабораторных испытаний были сделаны наблюдения, что данная корректирующая процедура может иметь большое влияние на форму R-кривых и значения модуля, полученного путем обратных вычислений при испытаниях образцов DCB.

Используют аппаратуру, описанную в 5.1. Устанавливают систему для растяжения под нагрузкой точно так же, как и для испытания на разрушение. Определяют калибровочную нагрузку P _cal как максимальную нагрузку, приложенную при испытании на разрушение.

Соединяют жесткий калибровочный образец известной податливости C _cs с системой нагружения.

Если используют штифты круглого сечения для нагружения разрушаемых образцов, то их же используют для нагружения калибровочных образцов.

Примечание - Если калибровочный образец изготовлен из мягкой стали с поперечным сечением 20 мм на 25 мм и расстоянием между центрами нагружающих отверстий 25 мм, то он считается удовлетворительным для работы и обладает податливостью, которая обычно пренебрежимо мала по сравнению с податливостью системы C _sy.

Нагружают образец при очень малой скорости, например 0,05 мм/мин, вплоть до значения калибровочной нагрузки P _cal. Если используют ленточный самописец для наблюдения смещения, то запускают его со скоростью, в 100 раз превышающей скорость ползуна. Когда нагрузка достигает значения Р _саl, останавливают ползун и разгружают образец.

Примечание - Нагрузка быстро увеличивается в процессе данного метода, поэтому необходимо следить за тем, чтобы не перегрузить датчик нагрузки.

Проводят прямую наилучшего согласования через линейный участок полученного рисунка "нагрузка - смещение", игнорируя, таким образом, начальную нелинейность за счет преодоления люфта, как показано на рисунке А.1.

Примечание - Данным преодолением люфта также пренебрегают в испытаниях на разрушение.

Выводят общую податливость, C _total, комбинации система - калибровочный образец (мм/Н) по этой прямой, как показано на рисунке А.1.

Примечание

.

Рассчитывают значение С _sy, мм/Н, по формуле

.

(А.1)

Корректируют все значения смещения, измеренные во время испытаний на разрушение, т.е. при каждом значении длины трещины, которое было записано по формуле (А.2)

,

(А.2)

где - скорректированное значение смещения, мм (для применения в формулах раздела 8);

- значение смещения, измеренное при испытаниях на разрушение, мм;

Р - соответствующая нагрузка.

Обозначение

- эффективное смещение ползуна (пренебрегая начальной нелинейностью за счет преодоления люфта).

Рисунок А.1 - Схематическая картина зависимости "нагрузка - смещение", полученная в процессе измерения податливости системы

ДБ.3

Приложение D
(справочное)

Краткое описание базовой теории

D.1 Общие положения

Методы испытаний, установленные в данном международном стандарте, позволяют определить сопротивление разрушению конструкционных клеевых соединений в условиях нагружения при растяжении типа I. Рекомендуется использовать образцы типа двухконсольной балки (DCB) или конусной двухконсольной балки (TDCB).

Методы описывают измерение сопротивления страгиванию трещины и распространению трещины через клеевой слой. Точки страгивания трещины определяют непосредственно от пленки-вставки, опрессованной в середину клеевого слоя при изготовлении клеевого соединения, и от предварительно нанесенной в ходе испытания трещины типа I. Этими методами измеряют параметр энергии адгезионного разрушения типа I G _IC. G _IC можно также описать как критическую скорость выделения энергии деформации, скорость выделения энергии или способность соединения поглощать энергию при разрушении.

Образец типа двухконсольной балки (DCB) хорошо подходит для испытаний соединения, состоящего из клеевого слоя и тонких листов подложки из волоконно-композиционного материала, хотя могут быть использованы металлические подложки, которые обладают относительно высоким пределом текучести [см. рисунок 1 с].

Образец типа конусной двухконсольной балки (TDCB) сконструирован таким образом, что в большом диапазоне значений длины трещины скорость изменения податливости по мере роста трещины будет постоянной и, таким образом, независимой от значения длины трещины. Это имеет значение, поскольку:

a) можно испытывать относительно вязкие клеи без пластической деформации плеч образца;

b) подложки могут обладать относительно низким значением предела текучести и снова в ходе испытаний не возникнет пластической деформации;

c) измерение энергии адгезионного разрушения, G _IC, не зависит от длины трещины, а.

Существует три метода анализа для образцов DCB и TDCB. Метод на основе скорректированной теории балки (CBT) и экспериментальный метод определения податливости (ЕСМ) считаются более точными методами определения значения G _IC.

Примечание - Образцы DCB более дешевые в изготовлении, поэтому являются образцами первого выбора, при условии отсутствия пластической деформации подложек. Для испытаний более прочных клеев и подложек с низкими значениями предела текучести, т.е. в соединениях, для которых более вероятно преодолеть условия испытаний LEFM, предпочтительнее выбирать образцы TDCB.

Чтобы получить линейную зависимость изменения податливости от длины трещины, высоту образца варьируют, конструируя балку из подложек таким образом, чтобы геометрический коэффициент, m, являлся константой [см. формула (D.1)]

,

(D.1)

где а - длина трещины;

h - толщина подложек балки при длине трещины а.

В данном приложении приведены формулы для расчета энергии адгезионного разрушения, G _IC, в методе с применением теории двухконсольной балки (DCB) (методы анализа 1-3) и методе конусной двухконсольной балки (TDCB) (методы анализа 4-6).

D.2 Метод анализа 1: Теория простой балки (SBT). Двухконсольная балка (DCB)

Значение энергии адгезивного разрушения, G _IC, рассчитывают по формуле

,

(D.2)

где Р - нагрузка, измеренная датчиком нагрузки испытательной машины;

В - ширина образца;

С - податливость, задаваемая /Р.

Для тонких клеевых слоев по теории простой балки dC/da можно выразить по формуле

,

(D.3)

где E _s - независимо измеренный модуль изгиба или модуль упругости при растяжении подложки.

Объединяя формулы (D.1), (D.2) и (D.3), можно рассчитать G _IC

.

(D.4)

D.3 Метод анализа 2: Скорректированная теория балки (СВТ). Двухконсольная балка (DCB)

В выражении податливости по теории простой балки для идеально заделанного с обоих концов образца DCB будет недооценена податливость, поскольку на практике балку невозможно заделать с обоих концов идеально.

Энергию адгезионного разрушения, G _IC, рассчитывают по формуле (D.5), если используют рояльные петли или высверленные отверстия для приложения нагрузки, или по формуле (D.6), если применяют нагружающие блоки:

;

(D.5)

,

(D.6)

где N - поправка на блок нагружения;

F - поправка на большое смещение;

- смещение;

- поправка на длину трещины для неидеально заделанной с обоих концов балки.

Поправку на большое смещение, F, и поправку на блок нагружения, N, рассчитывают, как по формулам (D.7) и (D.8)

;

(D.7)

,

(D.8)

где l ₁ - расстояние от центра нагружающего штифта до середины плоскости плеча балки, образованной подложками, к которым присоединен блок нагружения;

l ₂ - расстояние от центра нагружающего штифта до края блока (см. рисунок 1).

Модуль изгиба, E _f, рассчитывают как функцию длины трещины, а, по формуле (D.9), если используют рояльные петли или высверленные отверстия для приложения нагрузки, или по формуле (D.10), если применяют нагружающие блоки

;

(D.9)

.

(D.10)

Такой расчет является хорошей проверкой метода, поскольку позволяет получить значение модуля изгиба, E _f, не зависимое от длины трещины.

D.4 Метод анализа 3: Экспериментальный метод определения податливости (ЕСМ) или Метод Берри. Двухконсольная балка (DCB)

Логарифм податливости или приведенная податливость, C/N, если используются блоки нагружения, наносят на график против логарифма длины трещины, а. Наклон, n, графика определяет G _IC следующим образом

;

(D.11)

.

(D.12)

Ту же самую поправку на большое смещение, F, и поправку на блок нагружения, N, если их применяют, используют, как указано в методе скорректированной теории балки.

D.5 Метод анализа 4: Теория простой балки (SBT). Конусная двухконсольная балка (TDCB)

Аналогичен методу анализа 1, за исключением того, что значение m является постоянным для данной конкретной геометрии.

D.6 Метод анализа 5: Скорректированная теория балки (СВТ). Конусная двухконсольная балка (TDCB)

Выражение G _IC по теории простой балки, описанное в методе анализа 4, неправильно оценивает податливость образца, поскольку:

a) положения нагружающих шпилек и окружающего их материала не учитывают при выводе формулы (D.4);

b) как и для образца DCB, поведение данного образца отличается от идеально заделанной с двух концов балки.

Поправки приводят к формуле (D.13)

;

(D.13)

.

(D.14)

При выводе формулы (D.13), значение m аппроксимируется до 3а ²/h ³, т.е. член 1/h в формуле (D.1) опускается. Погрешность в значении G _IC, введенная таким приближением, незначительна, и межлабораторные испытания продемонстрировали хорошее согласование между значениями G _IC, полученными по формулам (D.14) и (D.2) для конусных балок, при изготовлении которых использовались подложки из алюминиевого сплава.

D.7 Метод анализа 6: Экспериментальный метод определения податливости (ЕСМ). Конусная двухконсольная балка (TDCB)

Энергию адгезивного разрушения, G _IC, рассчитывают по формуле (D.2). Значения С, нанесенные на график против значений длины трещины, а, дают линейную зависимость.