Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Тема 2.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛОИСТЫХ КОМПОЗИТОВ





Тема 2.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛОИСТЫХ КОМПОЗИТОВ

РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ УПРУГИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Композиционные материалы требуют особых подходов к определению упругих характеристик. Источником для их получения, как правило, являются экспериментальные данные по испытаниям однонаправленных монослоев. Основываясь на результатах этих испытаний, можно рассчитать обобщенные упругие характеристики конкретного композиционного пакета, используя для этого специальные методики. Наряду с этим существуют и теоретические методы расчета упругих характеристик монослоев. Исходными данными для них служат механические характеристики волокон, матрицы и их процентное содержание в монослое. Ниже рассмотрены некоторые подходы к определению характеристик как монослоев, так и обощенных характеристик упругости композиционного пакета в целом.

Монослой и его механические характеристики

Основным структурным элементом слоистого композита является монослой. Он состоит из параллельно уложенных волокон, связанных между собой полимерным связующим‑матрицей. Толщина монослоя обычно бывает 0,1-0,2 мм. По своей физической природе монослой представляет собой ортотропное тело, упругие свойства и характеристики прочности которого изменяются по различным направлениям. Главные оси ортотропии монослоя направлены вдоль и поперек волокон. В этих осях монослой, как правило, имеет сильно выраженную анизотропию свойств, поскольку в продольном направлении они практически определяются свойствами волокна, а в поперечном — свойствами матрицы.

В качестве наполнителя в монослое обычно используются стеклянные, органические (арамидные) и углеродные волокна. В таблице 1 приведены средние характеристики указанных выше типов волокон.



Таблица 1 Средние характеристики волокон

 

Тип волокон Модификация Диаметр, мк Плот-ность, кг/м3 Предел прочности, кгс/мм2 Модуль упругости, кгс/мм2
Стеклянные Универсальные
  Высоко-модульные и высокопрочные
Органические Универсальные
  Высоко-модульные
Углеродные Универсальные
  Высоко-модульные 4,4

В авиационных конструкциях в основном используются композиты, выполненные на основе углеродных волокон. Характеристики прочности и упругости некоторых наиболее распространенных типов таких волокон даны в таблице 2.

Таблица 2.2 Характеристики углеродных волокон различного типа

 

Тип волокна Прочность при растяжении, кгс/мм2 Модуль при растяжении, кгс/мм2 Удлинение, % Плотность, кг/м3
FT300 Т300 1,5
M46J
M50J 0,8
M55J 0,8
M60J 0,7
М40 0,7
AS2C 1,87
Т-300 Т-300С 1,4
НТА5241 HTA/HTS 5131/5631 1,5
STS5631 1,5
НМА2236 0,7
УОЛ-300, УТ-900

Полимерные матрицы разделяются на две основные группы — термореактивные, которые отверждаются в результате полимеризации и при последующем нагревании не расплавляются, и термопластичные, которые ведут себя подобно металлам, т. е. расплавляются при нагревании и отверждаются при охлаждении. Механические характеристики наиболее распространенных типов полимерных матриц даны в таблице 3.

Таблица 3 Средние характеристики матриц

 

Тип матрицы Базовый полимер Плотность кг/м3 Предел прочности, кгс/мм2 Модуль упругости, кгс/мм2 Предельное удлинение, %
Термореактивная Полиэфирная смола 4,5
Эпоксидная смола 6,5
Поливиниловая смола 7,5
Термопластичная Полиэтилен 2,5
Полиамидимид (PAI) 2,5
Полиэфиро-эфирокетон (РЕЕК) 10,5 1,6

В авиастроении в основном используются термореактивные матрицы на основе эпоксидных смол. Типовой композиционный материал в среднем содержит 62% волокон и, соответственно, 38% матрицы.

Структура пакета из КМ

Рисунок 4. Структура КМ пакета

В силу большой анизотропии свойств монослой может практически воспринимать только продольную нагрузку, так как его характеристики в продольном и поперечном направлениях различаются на порядки. Естественно, что использовать только однонаправленные монослои в реальной конструкции весьма проблематично, поскольку в процессе эксплуатации она подвергается комбинации нагрузок. В связи с этим на практике монослои укладываются в композиционный пакет с различной их ориентацией относительно друг друга. Число монослоев той или иной ориентации в пакете определяется прочностью всего пакета, которую необходимо обеспечить для восприятия действующего на него спектра внешних нагрузок. Типовая структура такого пакета показана на рисунке 4.

Наиболее распространенной является укладка монослоев с углами ориентации 0˚, ±45˚, 90˚. В частности, такая ориентация монослоев дает возможность получать квазиизотропные пакеты, упругие характеристики которых приблизительно одинаковые по всем направлениям. Используются и другие виды ориентации, с использованием ±30˚, или ±60˚,углов ориентации монослоев для получения более оптимальных структур в определенных условиях работы. В силу анизотропии свойств композита в нем могут проявляться эффекты взаимного влияния деформаций друг на друга. Так, деформации растяжения или сжатия могут вызывать сдвиговые или изгибные деформации пакета. Поэтому на практике обычно применяются сбалансированные по толщине пакеты, когда относительно его срединной плоскости имеет место зеркальное отображение укладок монослоев. В этом случае отмеченные эффекты практически отсутствуют.

ГОСТ 25.601-80

Настоящий стандарт распространяется на полимерные композиционные материалы, армированные непрерывными высокомодульными углеродными, борными, органическими и другими волокнами, структура которых симметрична относительно их срединной плоскости, и устанавливает метод испытания этих материалов на растяжение при нормальной (20 °С), повышенной (до 180 °С) и пониженной (-60 °С) температурах.

Сущность метода

Метод состоит в кратковременном испытании образцов из композиционного материала на растяжение с постоянной скоростью деформирования, при котором определяют:

- предел прочности при растяжении sв - отношение максимальной нагрузки Fmax предшествующей разрушению образца, к начальной площади его поперечного сечения, МПа;

- предел пропорциональности sпц - отношение нагрузки, при которой происходит отклонение от линейной зависимости между напряжением и деформацией, к площади начального поперечного сечения образца, МПа;

- относительное удлинение δ при разрушении - отношение приращения длины мерной базы в момент разрушения к начальной длине мерной базы, %;

- модуль упругости Е - отношение напряжения к соответствующей относительной деформации при нагружении материала в пределах начального линейного участка диаграммы деформирования, МПа;

- коэффициент Пуассона ν - отношение поперечного укорочения к продольному удлинению образца при растяжении в пределах начального линейного участка диаграммы деформирования.

Оборудование для испытаний

1. Испытания проводят на разрывных и универсальных испытательных машинах, обеспечивающих растяжение образца с заданной постоянной скоростью перемещения активного захвата и измерение нагрузки с погрешностью не более 1 % от измеряемой величины.

2. Захваты испытательной машины должны обеспечивать надежное крепление и точное центрирование образца (продольная ось образца должна совпадать с направлением действия растягивающей нагрузки). Для надежного крепления образца при испытании высокомодульных, высокопрочных композиционных материалов рекомендуется применять захваты с насечкой на рабочих поверхностях под углом ±45° с шагом 1-2 мм на длине 100-105 мм.

3. Для проверки соосности приложения нагрузки необходимо установить и испытать один специальный образец с, как минимум, тремя наклеенными тензорезисторами (рис. 1):

1 и 2 - параллельно оси образца на одной его стороне,

3 - по оси образца с противоположной стороны.

Рисунок 1

Разность показаний тензорезисторов на линейном участке диаграммы растяжения не должна превышать

4. Для регистрации деформаций должны использоваться приборы, обеспечивающие измерение деформаций с погрешностью не более 1 % от предельного значения измеряемой величины. Могут быть использованы механические тензометры, тензопреобразователи сопротивления или другие приборы, прикрепление которых не создает дополнительных напряжений или деформаций и не оказывает влияние на определяемые характеристики.

5. Приборы для измерения геометрических размеров образца должны обеспечивать измерение с погрешностью не более ±0,05 мм, если измеряемые размеры меньше 10 мм, и ±0,1 мм, если измеряемые размеры больше или равны 10 мм.

Образцы

1. Для испытаний однонаправленных композиционных материалов применяют образцы в виде полосы прямоугольного сечения с закрепленными на концах накладками (рис. 2). При определении модулей упругости и коэффициента Пуассона этих материалов могут также использоваться образцы-полоски без накладок (рис. 3).

1 - накладка; 2 - образец

Рисунок 2

Рисунок 3

2. Для испытаний композиционных материалов с неоднонаправленной укладкой волокон применяют образцы в виде лопатки, форма и размеры которых приведены на рисунке 4.

Рисунок 4

3. Отклонение образцов от номинальных размеров по ширине и толщине рабочей зоны не должно превышать 0,05 мм.

4. Расположение волокон должно быть симметрично относительно срединной плоскости образца, проходящей через его ось и параллельной плоскости укладки волокон.

5. Условия изготовления образцов, механическая обработка, место и направление их вырезки из плит предусматриваются в нормативно-технической документации на композиционные материалы.

6. Образцы должны иметь гладкую ровную поверхность без вздутий, сколов, неровностей, надрезов, царапин, трещин или других видимых невооруженным глазом дефектов.

7. Накладки для образцов изготовляют из ортогонально армированных стеклопластиков или других материалов, модуль упругости которых в направлениях, перпендикулярных оси образца, не превышает модуль упругости в этих же направлениях материала образца, а относительное удлинение при разрушении накладок не должно быть меньше относительного удлинения испытываемого материала. Направление укладки волокон на прилегающей к образцу поверхности накладок должно совпадать с направлением укладки волокна образца.

8. Рекомендуемая длина накладок lн для однонаправленных высокопрочных композитов составляет 90 - 100 мм.

9. Накладки при многократном использовании крепятся к образцу с помощью шлифовальной тканевой шкурки, на поверхность полотна которой приклеивают накладки, как указано на рисунке 5. Рекомендуется использовать клей БФ-2 или другие аналогичные по механическим свойствам.

1 - накладка; 2 - шлифовальная шкурка; 3 - образец; 4 - абразивный слой; 5 - слой клея

Рисунок 5

10. В случае разового использования накладок их приклеивают непосредственно к образцу как показано на рисунке 2. Для приклейки накладок используют клей. Сдвиговая прочность клея должна составлять не менее 40 МПа. Технология приклейки накладок должна быть указана в нормативно-технической документации на материал образца.

11. Количество образцов, необходимое для определения одной из характеристик п. 1 в заданном направлении композиционного материала одной партии, должно быть не менее пяти. Если разрушение образца при испытании происходит не от нормальных напряжений или вне рабочей зоны, то данные в расчет не принимаются и образец заменяется.

Подготовка к испытанию

1. Кондиционирование образцов проводят в соответствии с техническими условиями или стандартами на материал. Если в этой документации не указаны условия кондиционирования, то перед испытанием образцы кондиционируют при одной из стандартных атмосфер по ГОСТ 12423-66.

2. При отсутствии в нормативно-технической документации на материал специальных указаний, время от окончания изготовления композиционного материала до испытания должно составлять не менее 16 ч, включая кондиционирование.

3. Перед испытанием измеряют толщину и ширину рабочей части образца в трех местах: по краям и в середине. Среднее значение толщины и ширины образца записывают в протокол испытаний и по ним, с точностью до трех значащих цифр, определяют площадь поперечного сечения образца.

Проведение испытаний

1. Испытания при нормальной температуре проводят в помещении или закрытом объеме при температуре и относительной влажности окружающего воздуха или другой среды, указанных в технических условиях на испытываемый материал. Если таких указаний нет, то испытания проводят при одной из стандартных атмосфер по ГОСТ 12423-66.

Испытания при повышенных и пониженных температурах проводят в термокамерах для испытательных машин. Температуру испытаний и допускаемые ее колебания определяют в соответствии с техническими условиями или стандартами на материал, а при их отсутствии - по ГОСТ 14359-69.

2. При проведении испытаний в условиях повышенных и пониженных температур время, необходимое для полного прогрева или охлаждения образца до его испытания, должно задаваться нормативно-технической документацией на испытываемый материал. Если таких указаний нет, то время выдержки образца при заданной температуре устанавливают не менее 20 мин на 1 мм его толщины.

3. Образец в захватах испытательной машины устанавливают так, чтобы их продольные оси совпали с прямой, соединяющей точки крепления захватов в испытательной машине.

4. Для измерений деформации устанавливают механические экстензометры или другие приспособления (тензорезисторы наклеиваются на образец за 16-24 ч до установки в испытательную машину).

5. Задают скорость перемещения активного захвата машины V1 (рекомендуемая скорость перемещения подвижного захвата 5 - 20 мм/мин).

6. Для определения предела прочности при растяжении, относительного удлинения при разрушении предела пропорциональности образец равномерно нагружают с заданной скоростью вплоть до его разрушения.

7. Для определения модуля упругости и коэффициента Пуассона образец равномерно с заданной скоростью нагружают в пределах начального линейного участка диаграммы деформирования.

8. Для определения модуля упругости образец нагружают и записывают изменение продольной деформации образца Δl или ΔeII в зависимости от нагрузки (см. рекомендуемое приложение 1).

9. Для определения коэффициента Пуассона образец нагружают и записывают приращение продольной ΔeII и поперечной ΔeI деформаций образца в заданной его плоскости.

10. Для определения относительного удлинения при разрушении и предела пропорциональности образец нагружают и записывают изменение продольной деформации в зависимости от нагрузки.

11. Для определения предела прочности при растяжении образец нагружают и записывают наибольшую нагрузку Fmax, которую выдержал образец.

Обработка результатов

1. Предел прочности при растяжении, sвМПа, определяют по формуле

где Fmax - максимальная нагрузка, предшествующая разрушению образца, Н;

b - ширина образца, мм;

h - толщина образца, мм.

2. Предел пропорциональности при растяжении sпц МПа, определяют по формуле

,

где Fпц - нагрузка, соответствующая пределу пропорциональности, Н.

3. Относительное удлинение при разрушении δ %, определяют по формуле

,

где Δl - абсолютное удлинение расчетной длины образца при разрушении, мм;

l - начальная расчетная длина образца, мм.

4. Модуль упругости при растяжении (Е),МПа, определяют по формуле

,

где ΔF - приращение нагрузки, Н;

ΔeII - изменение относительно продольной деформации образца при изменении нагрузки на ΔF;

Δl - приращение расчетной длины образца при изменении нагрузки на ΔF, мм.

5. Коэффициент Пуассона ν определяют по формуле

где ΔeI - изменение поперечной относительной деформации образца при изменении нагрузки на ΔF, измеренное по ширине или толщине образца (в зависимости от задания).

6. Статистическую обработку результатов испытания проводят по ГОСТ СЭВ 876‑78 при доверительной вероятности 0,95.

 

ГОСТ 25.602-80

Настоящий стандарт распространяется на полимерные композиционные материалы, армированные непрерывными высокомодульными углеродными, борными, органическими и другими волокнами, структура которых симметрична относительно их срединной плоскости, и устанавливает метод испытания этих материалов на сжатие при нормальной (20°С), повышенной (до 180°С) и пониженной (-60°С) температурах.

1.Сущность метода

1. Метод состоит в кратковременном испытании образцов из композиционного материала на сжатие с постоянной скоростью деформирования, при котором определяют:

- предел прочности при сжатии (напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца), МПа;

- модуль упругости при сжатии Ес - отношение напряжения к соответствующей относительной деформации при сжатии образца в пределах начального линейного участка диаграммы деформирования, МПа;

- коэффициент Пуассона vc - отношение поперечного относительного удлинения к продольному относительному укорочению образца при сжатии в пределах начального линейного участка диаграммы деформирования.

Оборудование для испытаний

1. Испытания проводят на испытательной машине, обеспечивающей сжатие образца с заданной постоянной скоростью перемещения активного захвата, измерение нагрузки с погрешностью не более ± 1 % измеряемой величины.

2. Испытательная машина должна быть снабжена двумя плоскопараллельными площадками (плитами) и обеспечивать их сближение с заданной скоростью.

3. Шероховатость рабочей поверхности площадок должна соответствовать Ra <0,32 мкм по ГОСТ 2789-73; рабочие поверхности должны быть термообработаны до 45-50 HRC, при испытаниях боропластиков до 70 HRC по ГОСТ 9013-59.

4. Одна из площадок испытательной машины должна быть самоустанавливающейся.

5. Для определения предела прочности при сжатии испытания проводят в специальном приспособлении, обеспечивающем одновременное приложение нагрузки по торцевым и боковым поверхностям образца согласно рисунку 7. Шероховатость площадок, передающих нагрузку на торцевые поверхности образца, должна соответствовать Ra < 0,63 мкм по ГОСТ 2789-73 и их рабочие поверхности должны быть закалены до твердости 45-50 HRC (в случае испытания боропластиков - до 70 HRC). Площадки приспособления, передающие усилия на образец по боковым поверхностям, должны иметь насечку длиной не менее 40 мм под углом ± 45° с шагом 1 мм.

Рисунок 7

6. В качестве измерителей деформаций могут использоваться механические, оптико-механические тензометры, электротензометры, тензорезисторы или другие приборы, обеспечивающие измерение деформации с погрешностью не более 1 % предельного значения измеряемой величины.

7. В качестве регистрирующей аппаратуры при измерении деформаций применяют осциллографы, потенциометры, измерители статических деформаций или другие приборы, обеспечивающие регистрацию деформаций с необходимой точностью.

8. Приборы для измерения геометрических размеров образца должны обеспечивать измерение с погрешностью не более 0,05 мм для размеров до 10 мм и не более ±0,1 мм для размеров 10 мм и более.

9. Испытания при повышенных и пониженных температурах проводят на испытательных машинах, оборудованных камерами, которые обеспечивают равномерный прогрев (охлаждение) образца до заданной температуры и сохранение последней на протяжении всего времени испытания. Температуру испытаний устанавливают по ГОСТ 14359-69. Измерение температуры проводят с помощью термопар.

3.Образцы

1. Образцы вырезают из однородных по толщине плит или других полуфабрикатов. Вырезку образцов проводят в направлениях главных осей ортотропии испытуемого материала. Способ и режим изготовления образцов предусматриваются в нормативно-технической документации на композиционные материалы.

2. Образцы должны иметь гладкую наружную поверхность без вздутий, сколов, трещин и других дефектов, заметных невооруженным глазом. Шероховатость торцевых поверхностей образца должна соответствовать Ra < 0,63 мкм по ГОСТ 2789-73.

3. Изменение толщины и ширины по длине образца должно быть не более 0,05 мм.

4. Для определения предела прочности при сжатии в направлении волокон однонаправленных композиционных материалов применяют образцы в виде полосы прямоугольного поперечного сечения 2 с закрепленными по концам накладками 7 (рис. 8).

Рисунок 8

5. Для определения предела прочности при сжатии материалов с укладкой волокон, отличной от однонаправленной, а также однонаправленных в направлении, перпендикулярном к армированию, применяют образцы шириной 15 мм или в виде двусторонней лопатки (рис. 9).

Рисунок 9

6. Для определения модулей упругости и коэффициентов Пуассона при сжатии композиционных материалов применяют образцы в виде параллелепипеда с прямоугольным основанием (рис. 10).

Рисунок 10

7. При определении модуля упругости и коэффициента Пуассона материалов с модулем упругости Ес ≥ 20000 МПа и толщиной h ≥ 1,5 мм при нагрузке, не превышающей 50 % разрушающей, длину рабочей части образца принимают равной 60 мм. При нагрузке, близкой к разрушающей, и других значениях модуля упругости Ес и толщины образца h длину рабочей части образца, обеспечивающую его устойчивость, определяют по формуле

,

где h - толщина образца, мм;
μ - коэффициент приведенной длины (для шарнирных опор μ = 1);
Ес - модуль упругости материала образца в направлении приложения нагрузки, МПа;
σкрс - критическое напряжение при сжатии, МПа, принимаемое для однонаправленных композиционных материалов равным σВс; для композиционных материалов с неоднонаправленной структурной σкрс = 1/2 σВс;
σВс - предполагаемый предел прочности при сжатии, принимаемый равным пределу прочности при растяжении, МПа;
Gz - модуль межслойного сдвига материала образца, МПа.

8. Накладки для образцов изготовляют из ортогонально армированных материалов, модули упругости которых в направлениях, перпендикулярных к оси образца, не превышают модулей упругости в соответствующих направлениях материала образца. Относительное удлинение при разрушении материала накладок во всех направлениях должно быть больше или равно соответствующей характеристике материала образца. Для изготовления накладок рекомендуется использовать ортогонально армированный стеклопластик.

9. Накладки при многократном использовании крепятся к образцу с помощью шлифовальной тканевой шкурки 2Э250 × 300С2 81Кр 80 КБ или 2М250 × 300 С1 81Кр 63 КБ по ГОСТ 5009-82, на поверхности полотна которой приклеивают накладки, как указано на черт. 5. Для приклеивания накладок к шлифовальной шкурке рекомендуется использовать клей типа БФ-2 по ГОСТ 12172-74 или другие, аналогичные по свойствам. Крепление накладок к образцу указано на рисунке 11.

1 - накладка; 2 - шлифовальная шкурка; 3 - образец;
4 - абразивный слой; 5 - слой клея

Рисунок 11

10. В случае разового использования накладок их приклеивают непосредственно к образцу., как показано на рисунке 8. Для приклейки накладок сдвиговая прочность клея должна составлять не менее 40 МПа. Технология приклейки накладок должна быть указана в нормативно-технической документации на материал образца.

11. Количество образцов, необходимых для определения одной из характеристик, в заданном направлении композиционного материала одной партии должно быть не менее пяти.

Подготовка к испытанию

1. Если в нормативно-технической документации на испытуемые материалы не указаны особые условия кондиционирования, то перед испытанием образцы кондиционируют по ГОСТ 12423-66.

2. Время от окончания изготовления формованных образцов или композиционного материала, из которого их вырезают, до испытания образцов, включая кондиционирование, должно составлять не менее 16 ч.

3. Перед испытанием образцы нумеруют краской. Измеряют толщину и ширину рабочей части образца в трех местах: по краям и в середине. Участки размером менее 10 мм измеряют с точностью до 0,05 мм, размером 10 мм и более - до 0,1 мм. Среднее значение толщины и ширины образца записывают в протокол испытаний и по ним, с точностью до трех значащих цифр, определяют площадь поперечного сечения образца.

Проведение испытаний

1. Испытания проводят в помещении или закрытом объеме при температуре и относительной влажности окружающего воздуха или другой среды, указанных в технических условиях на испытуемый материал. Если таких указаний нет, то испытания проводят при температуре окружающего воздуха (20 ±2)°С и относительной влажности воздуха (50 ± 5) %. Если температура помещения отличается от указанной, то образцы до испытаний выдерживают в термокамере при температуре (20 ± 2)°С в течение 2-3 ч.

2. При проведении испытаний в условиях повышенных или пониженных температур время, необходимое для полного прогрева или охлаждения образца до его испытания, должно задаваться нормативно-технической документацией на испытуемый материал. Если таких указаний нет, то время выдержки образца при заданной температуре устанавливают не менее 20 мин на 1 мм его толщины.

3. Образец устанавливают на опорные плиты испытательной машины так, чтобы продольная ось его совпала с направлением действия нагрузки, а торцевые поверхности были параллельны опорным поверхностям плит.

4. Устанавливают механические экстензометры или другие приспособления для измерения деформаций (тензорезисторы наклеивают на образец перед установкой в испытательную машину).

5. Устанавливают заданную скорость Vl перемещения активного захвата машины (рекомендуемая Vi = 1 - 15 мм/мин).

6. Для определения модуля упругости или коэффициента Пуассона образец нагружают равномерно с заданной постоянной скоростью перемещения активного захвата в пределах начального линейного участка диаграммы деформирования и записывают изменение продольной деформации образца Δl или ΔεcII от изменения нагрузки ΔFc .

7. Для определения коэффициента Пуассона vc образец нагружают равномерно с заданной постоянной скоростью перемещения активного захвата в пределах начального линейного участка диаграммы деформирования и записывают приращение предельной ΔεcII и поперечной ΔεcI деформаций образца в заданной его плоскости.

8. При определении предела прочности при сжатии образец равномерно нагружают с заданной скоростью перемещения активного захвата и записывают наибольшую нагрузку Fcmax, которую выдержал образец.

6.Расчетные формулы и обработка результатов

1. Предел прочности при сжатии σBc, МПа, определяют по формуле

,

гдеFcmax-наибольшая нагрузка, предшествующая разрушению образца, Н;

bh - площадь поперечного сечения образца, мм2.

2. Модуль упругости при сжатии Ес, МПа, определяют по формуле

,

где Fc - приращение нагрузки, Н;
l - база тензометра, мм;
Δl - изменение базы тензометра (продольная деформация мерной базы) при изменении нагрузки на ΔFc, мм;
ΔεcII - изменение относительной продольной деформации рабочей части образца, измеряемое тензодатчиками сопротивления, при изменении нагрузки на ΔFc.

3. Коэффициент Пуассона v определяют по формуле

,

где ΔεcI - изменение поперечной относительной деформации образца при изменении нагрузки на ΔFc, измеренной по ширине или толщине образца (в зависимости от задания).

4. Статистическую обработку результатов испытания проводят при доверительной вероятности 0,95.

ГОСТ 25.604-82

Настоящий стандарт распространяется на полимерные композиционные материалы, армированные непрерывными высокомодульными углеродными, борными, органическими и другими волокнами, структура которых симметрична относительно их срединной плоскости, и устанавливает метод испытания этих материалов на изгиб при нормальной (20°С), повышенной (до 180°С) и пониженной (до минус 60°С) температурах.

Назначение метода

1. Метод испытаний образцов из композиционного материала на изгиб состоит из определения:

- предела прочности при изгибе - отношения максимального изгибающего момента в момент разрушения образца к моменту сопротивления сечения при изгибе;

- модуля упругости при нагружении образца в пределах пропорциональности прогиба от нагрузки;

- зависимости прогиба от нагрузки при нагружении образца вплоть до разрушения.

Оборудование для испытаний

1. Испытания проводят на любой испытательной машине, обеспечивающей: нагружение на изгиб с заданной постоянной скоростью перемещения активного захвата, измерение нагрузки с погрешностью не более 1 % измеряемой величины, возможность регулирования скорости нагружения образца.

2. Машина должна быть снабжена траверсой, по которой могут перемещаться две опоры, и наконечником, создающим нагрузку в случае испытания на поперечный изгиб (рис. 14). При испытании на чистый изгиб машина должна быть обеспечена двумя траверсами, на каждой из которых могут перемещаться по две опоры (рис. 15).

Рисунок 14

Рисунок 15

3. Радиус закругления краев опор должен составлять (2,0 ± 1,0) мм, а наконечника - (5±1,0) мм. Поверхности опор и наконечника должны быть обработаны не грубее Ra = 0,63 мкм (ГОСТ 2789-73) и закалены. Их твердость должна быть не менее 40 HRC.

4. Траверса должна обеспечивать неподвижность опор при испытаниях и иметь цену деления шкалы 1 мм, позволяющей устанавливать опоры на заданном расстоянии.

5. Допускаемые отклонения от параллельности поверхностей опор и опорной поверхности наконечника в горизонтальной плоскости - 0,05 мм.

6. Для измерения прогиба образца используют приборы и приспособления с погрешностью не более ± 2 % измеряемой величины.

7. Для измерения прогиба образца используют приборы, обеспечивающие автоматическую запись «нагрузка-прогиб», а также цифровые индикаторы или преобразователи деформаций, представляющие собой работающие на изгиб тонкие стальные консольные балочки с наклеенными тензорезисторами, и другие приборы.

8. В качестве регистрирующей аппаратуры при использовании консольных балочек применяют осциллографы, двухкоординатные самопишущие потенциометры и другие приборы, обеспечивающие регистрацию прогиба с требуемой точностью.

9. Преобразователи деформаций перед испытанием должны быть отградуированы с погрешностью не более ± 1 % измеряемой величины.

10. Для измерения размеров образца используют приборы с погрешностью не более ± 0,05 мм.

11. Испытания при повышенных (пониженных) температурах проводят на машинах, оборудованных термокриокамерами, которые обеспечивают равномерный прогрев (охлаждение) образца до заданной температуры и сохранение последней на протяжении всего времени испытания. Допускаемые колебания температуры определяют в соответствии с техническими условиями или стандартами на материал, а при их отсутствии - по ГОСТ 14359-69.

12. Для охлаждения камер используют твердую углекислоту, жидкий азот или фреон 22 и другие вещества.

Образцы

1. Для определения максимальных напряжений при изгибе, модуля упругости и установления зависимости прогиба от нагрузки при нагружении образца вплоть до разрушения используют образец в виде полосы прямоугольного сечения, форма и размеры образца указаны на рисунке 16.

Рисунок 16

2. Образцы формируют или вырезают из плит в направлении главных осей ортотропии материала. Расположение волокон должно быть симметрично относительно срединной плоскости образца, проходящей через его ось и параллельной плоскости укладки волокон. Способ и режим изготовления образцов указываются в нормативно-технической документации на материал.

3. Образцы должны иметь гладкую ровную поверхность не грубее Ra = 20 мкм по ГОСТ 2789-73, без вздутий, сколов, трещин, расслоений и других дефектов, заметных невооруженным глазом.

4. Отклонение образцов от номинальных размеров по ширине и толщине образца не должно превышать 0,05 мм.

Подготовка к испытанию

1. Перед испытанием образцы кондиционируют по ГОСТ 12423-66, если в нормативно-технической документации на композиционные материалы не указаны особые условия кондиционирования.

2. Время от окончания изготовления формованных образцов или композиционного материала, из которого они вырезаются, до испытания образцов, включая и время на их кондиционирование, должно составлять не менее 16 ч.

3. Перед испытанием проводят нумерацию образцов краской или мягким карандашом. Измеряют толщину образца с погрешностью до 0,05 мм и









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.