ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
СОЮЗА ССР
РАСЧЕТЫ И ИСПЫТАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ
МЕТОДЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
С ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЕЙ
(КОМПОЗИТОВ).
МЕТОД ИСПЫТАНИЯ НА РАСТЯЖЕНИЕ
КОЛЬЦЕВЫХ ОБРАЗЦОВ
ПРИ НОРМАЛЬНОЙ, ПОВЫШЕННОЙ
И ПОНИЖЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРАХ
Издание официальное
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
Москва
РАЗРАБОТАН
Министерством авиационной промышленности СССР
Академией наук Латвийской ССР
ИСПОЛНИТЕЛИ
Б. И. Паншин, Г. М. Гуняев; М. И. Душин; Ю. M. Тарнопольский; И. Г. Жигун (руководители темы); О. А. Морозов; Р. П. Шлица
ВНЕСЕН Министерством авиационной промышленности СССР
Член Коллегии Г. Б. Строганов
УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 25 октября 1982 г. № 4061
Группа Т59
ГОСТ
25.603-82
Издание официальное
★1
УДК 620.177:006.354
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
Расчеты и испытания на прочность
МЕТОДЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПОЛИМЕРНОЙ
МАТРИЦЕЙ [КОМПОЗИТОВ). МЕТОД ИСПЫТАНИЯ
НА РАСТЯЖЕНИЕ КОЛЬЦЕВЫХ ОБРАЗЦОВ ПРИ
НОРМАЛЬНОЙ, ПОВЫШЕННОЙ И ПОНИЖЕННОЙ
ТЕМПЕРАТУРАХ
Design calculation and strength testings. Methods of mechanical testing of polymeric composite materials. Test for tensile properties of ring specimens of ring specimens al normal, elevated and low temperatures
Постановлением Государственного комитета СССР по .стандартам от 25 октября 1982 г. № 4061 срок действия устанЪвлен
с 01.01.84 до 01.01.94
Несоблюдение стандарта преследуется по закону
Настоящий стандарт распространяется па полимерные композиционные намоточные материалы, армированные непрерывными высокомодульными углеродными, борными, органическими и другими волокнами, и устанавливает метод испытания на растяжение кольцевых образцов из этих материалов при нормальной (20°С), повышенной (до 180°С) и пониженной (до минус 60°С) температурах.
НАЗНАЧЕНИЕ МЕТОДА
Метод заключается в кратковременном растяжении кольцевых образцов из композиционных намоточных материалов само- замыкающимися полудисками (см. чертеж).
При растяжении образцов определяют:
диаграмму деформирования в окружном направлении — зависимость окружного напряжения о и, МПа (кге/мм12), от окружной деформации єч , %;
предел пропорциональности оНпц в окружном направлении, МПа (кге/мм2);модуль упругости в окружном направлении E# , МПа (кгс/мм2). предел прочности в окружном направлении аьв, МПа (кгс/мм2);
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ
Испытания проводят на любой испытательной машине, обеспечивающей постоянную скорость перемещения подвижного захвата в пределах, требуемых настоящим стандартом, и измерение нагрузки с погрешностью не более 1 % от измеряемой величины.
Образец нагружают при помощи специального приспособления. Разница между внутренним диаметром кольцевого образца и диаметром полудисков в сборе не должна превышать 0,4 мм; шероховатость опорных поверхностей полудисков должна быть не более 0,63 мкм по ГОСТ 2789—73. Крепление приспособления в испытательной машине должно обеспечивать самоцентрирование, то есть направление приложенной растягивающей нагрузки должно быть перпендикулярным к плоскости разъема полудисков и проходить через центр испытываемого кольца. Конструктивное оформление приспособления может быть различным.
Для регистрации деформаций должны использоваться приборы, обеспечивающие измерение с погрешностью не более ±3% от предельного значения измеряемой величины. В качестве измерителей деформации могут быть использованы тензорезисторы или другие устройства, прикрепление которых не создает дополнительных напряжений или деформаций и не оказывает влияния на определяемые характеристики. Длина измерительной базы должна быть в пределах, установленных п. 4.4 настоящего стандарта.
Прибор для определения геометрических размеров должен обеспечивать измерение с погрешностью не более 0,05 мм. 3
Ь — от 6 до 15 мм — для материалов, армированных только в окружном направлении и от 10 до 20 мм — для материалов, армированных в двух перпендикулярных направлениях.
Предельные отклонения размеров должны быть ±0,1 мм.
А -
1—образец; 2—полудиски; 3—направляющая; 4—тяга
Кольцевые образцы могут быть изготовлены (намотаны) каждый в отдельности или нарезаны из цилиндра. Намотка проводится яо техническим условиям для данного композиционного материала на оправки с шероховатостью поверхности не выше 9,63 мкм ш ГОСТ 2789—73.
Образцы должны иметь гладкую, ровную поверхность без вздутий, сколов, неровностей, расслоений, надрезов, царапин, трещин или других видимых невооруженным глазом дефектов. В случае необходимости допускается механическая обработка наружной поверхности колец .(или цилиндров) с отметкой в протоколе испытания о проведенной обработке.
Количество образцов, взятых из одной партии для определения каждой из характеристик, указанных в п. 1.2, должно быть не менее пяти.
Каждая характеристика может быть определена на отдельных образцах или одновременно на одних и тех же образцах определяется несколько характеристик. Определение характеристик при повторных нагружениях образца разрешается в случае, когда предварительная нагрузка не превышала 20% от разрушающей и составляла не более 80'% от предела пропорциональности.
Кондиционирование образцов проводят в соответствии с техническими условиями или стандартами на материал. Если в технических условиях или стандарте на материал указания по кондиционированию отсутствуют, кондиционирование проводят при одной из стандартных атмосфер по ГОСТ 12423'—66.
При отсутствии в нормативно-технической документации на материал специальных указаний, время от окончания изготовления намоточногоі материала до испытания должно составлять не менее 16 ч, включай и время их кондиционирования.
4. ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЮ
На образце для испытания отмечают два произвольно выбранных диаметрально противоположных сечения Si и S2.
При определении предела прочности перед испытанием измеряют ширину и толщину образца в четырех сечениях — в двух первоначально отмеченных и в двух перпендикулярных к ним.
Если результаты четырех измерений толщины и ширины различаются более чем на 0,2 мм, то образец бракуют и заменяют другим.
В протокол' испытания заносят значения ширины bltb2 И ТОЛЩИНЫ Л], h2 двух отмеченных сечений $! И $2 И по ним, с точностью не менее трех знаков, определяют площадь поперечного сечения: 5і = &іЛі и S2= b2h2 в мм2.
При определении модуля упругости, предела пропорциональности или диаграммы деформирования при растяжении перед испытанием отмечают середины измерительных баз — четыре радиальных сечения, составляющие угол ±30° с первоначально отмеченными! сечениями Si и S2.Измеряют ширину и толщину этих сечений. Если результаты четырех измерений толщины или ширины различаются более чем на 0,2 мм, то образец бракуют и заменяют другим.
Среднее значение толщины h и ширины b записывают в протокол испытаний и по ним, с точностью не менее трех знаков, определяют площадь поперечного сечения S = Ыг в мм2.
При определении модуля упругости, предела пропорциональности или диаграммы деформирования при растяжении на образец наклеивают 4 тензорезистора. Середины измерительных баз расположены под углом ±30° относительно к первоначально отмеченным сечениям S] и S2. Длина измерительной базы —(. не более - — и не менее 10 мм. Крепление измерителей деформаций к образцу, при необходимости, может быть произведено после установления! образца в испытательной машине.
Примечание. Вместо тензорезисторов могут быть применены другие измерители деформации, соответствующие требованиям п. 2.3.
Измерение ширины и толщины образца проводят с погрешностью не более 0,051 мм.
Нанесение меток не должно приводить к изменению свойств образца; их рекомендуется наносить мягким карандашом или краской. 4
рузок). Рекомендуемая скорость перемещения составляет (10±2) мм/імин.
Производят нагружение образца, и, в зависимости от цели испытания, записывают:
при определении диаграммы деформирования при растяжении (см. рекомендуемое приложение 1), модуля упругости (см. рекомендуемое приложение 2) и предела пропорциональности (см. рекомендуемое приложение 3) — деформацию в окружном направлении и соответствующую ей нагрузку;
при определении предела прочности —■ наибольшую нагрузку, выдержанную образцом.
При определении предела прочности в расчет принимают результаты, полученные на образцах, разрушившихся по всей площади поперечного сечения. Разрушение может сопровождаться расслоением образца.
При разрушении лишь части поперечного сечения результат не учитывается и образец заменяют другим. Для достижения необходимого характера разрушения толщина колец h может быть- увеличена и ширина колец b уменьшена в пределах, предусмотренных в п. 3.2.
Результаты испытаний считаются недействительными:
при обнаружении ошибок в проведении испытаний;
при проведении испытаний были обнаружены дефекты образцов.
В таких случаях причина искажения результатов должна быть устранена и эксперимент повторен на новых образцах, отобранных для испытаний из той же партии.
6. РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Напряжение в окружном направлении ow, МПа (кгс/мм2),. определяют по формуле
Зй =2У ’
где F — приложенная нагрузка, МН (кгс);
S — среднее значение начальных площадей поперечных сечений образца по середине измерительной базы, мм2.
Модуль упругости в окружном направлении при растяжении Е» , МПа (кгс/мм2), вычисляют по формуле где ЕЕ — приращение нагрузки, МН (кгс);
Е&в =-^~ приращение относительной деформации в окружном
направлении при изменении нагрузки на AF;I — начальная длина измерительной базы, мм;
Д/ — приращение начальной длины измерительной базы при изменении нагрузки на ДГ, мм.
П
(3)
редел пропорциональности при растяжении в окружном направлении оЙПц, МПа (кгс/мм2), определяют по формулеп —
а®пц '2S ’
где F Л11 — нагрузка, соответствующая пределу пропорциональности, МН (кгс), (см. рекомендуемое приложение 3).
Предел прочности в окружном направлении при- растяжении сг«в, МПа (кгс/мм2), вычисляют по формуле
_ ftnax і л
а&в~ Si+S3 ’
где F max — разрушающая нагрузка, МН (кгс) ;
Si + S2 — начальная площадь, поперечных сечений образца у разъема полудисков, мм2.
Примечание. Определенное значение предела прочности может быть несколько занижено (для современных композиционных материалов до 15 %), поскольку во время испытания у разъема полудисков возникает изгибающий момент и имеется концентрация напряжений.
Статистическую обработку результатов испытания проводят по ГОСТ 11.004—74 при доверительной вероятности 0,95.
В расчет не рекомендуется принимать отдельные значения определяемых показателей, не укладывающихся в границах доверительного интервала при величине вероятности 0,95. При окончательном подсчете число образцов должно быть не менее 5.
Форма протокола испытания дана в рекомендуемом приложении 4.
Чертежи приспособления для испытания на растяжение кольцевых образцов даны в рекомендуемом приложении 5.СНЯТИЕ ДИАГРАММЫ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПРИ РАСТЯЖЕНИИ
КОЛЬЦЕВЫХ ОБРАЗЦОВ ПОЛУДИСКАМИ
Диаграмма деформирования при растяжении выражает зависимость растягивающего напряжения в окружном направлении о й от относительной окружной деформации е м.
Снятие диаграммы деформирования основано на измерении деформации еа и соответствующих им нагрузок F.
Деформации еа измеряют при помощи устройств, отвечающих требованиям п. 2.3 настоящего стандарта. Расположение и длина измерительных баз предусмотрены в пп. 413; 4.4 настоящего стандарта.
При определении полной диаграммы деформирования измерение еа и F проводят вплоть до разрушения кольца. Малые смещения начала диаграммы (чертеж приложения 3) устраняются параллельным переносом координатных осей.
Используется автоматическая запись зависимости нагрузка—деформация, а при ее отсутствии для одновременного отсчета нагрузки и деформации применяют счетчик времени (прерыватель записи). В качестве регистрирующей аппаратуры применяют осциллографы, цифровые тензометрические мосты с печатающим устройством, двухкоординатные самопишущие потенциометры или другие приборы, обеспечивающие регистрацию нагрузки F и деформации е w с погрешностью, указанной в пп. 2.1; 2.3 настоящего стандарта.
Растягивающие напряжения ow определяют как отношение приложенной нагрузки к среднему значению начальных площадей поперечных сечений образца посередине измерительной базы
