夾層結(jié)構(gòu)變曲性能試驗(yàn)方法

1主題內(nèi)容與適用范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了夾層結(jié)構(gòu)彎曲性能的測定方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用測定夾層結(jié)構(gòu)承受彎曲時(shí)面板的應(yīng)力和芯子的剪切應(yīng)力。本標(biāo)準(zhǔn)適用于測定夾層結(jié)構(gòu)的彎曲剛度和剪切剛度。本標(biāo)準(zhǔn)適用了測定夾層結(jié)構(gòu)面板的彈性模量和芯子的剪切彈性模量。本標(biāo)準(zhǔn)也適用于測定面板與芯子之間的膠接強(qiáng)度。注:夾層結(jié)構(gòu)由面板(蒙皮)與輕質(zhì)芯材組成,芯材形式通常有蜂窩、波紋和泡沫。面板與芯材的材料為金屬或非金屬。 2引用標(biāo)準(zhǔn) GB 1446纖維增強(qiáng)塑料性能試驗(yàn)方法總則 GB 1455夾層結(jié)構(gòu)或芯子剪切性能試驗(yàn)方法 3試樣 3.1試樣上下面板的厚度和材料相同,其橫截面為矩形。 3.2試樣厚度h與夾層結(jié)構(gòu)制品厚度相同;當(dāng)夾層結(jié)構(gòu)制品厚度未定時(shí),為測定芯子的剪切性能,芯子厚度hc取15,面板厚度tf取0.3～1.0mm。 3.3試樣寬度b應(yīng)小于跨距的二分之一。 3.3.1對于硬質(zhì)泡沫塑料、輕木等連續(xù)芯子,試樣寬度為60mm。 3.3.2對于蜂窩、波紋等格子型芯子,試樣寬度為60mm或至少包含4個(gè)完整格子。 3.4試樣長度為跨距l(xiāng)加40mm或加二分之一厚度,選其中數(shù)值大者,跨距根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康亩ā?3.4.1測定芯子剪切強(qiáng)度時(shí),三點(diǎn)彎曲(見圖1)的跨距應(yīng)滿足式(1): l≤2〔σf〕/τcb×tf……………(1)式中:l—跨距,mm;〔σf〕—面板的拉、壓許用應(yīng)力,MPa;τcb—芯子的剪切強(qiáng)度,MPa; tf—面板厚度,mm。 3.4.2測定面板強(qiáng)度時(shí),三點(diǎn)彎曲的跨距應(yīng)滿足式(2): l≥2σfb/〔τc〕×tf…………(2)式中:tf、l—同式(1);σfb—面板強(qiáng)度,MPa;〔τc〕—芯子的剪切許用應(yīng)力,MPa。 3.4.3測定夾層結(jié)構(gòu)彎曲剛度、剪切剛度時(shí),采用三點(diǎn)外伸梁彎曲(見圖2),其跨距一般取式( 1)中的等式值外伸臂長度a為跨距的三分之一或二分之一。 3.4.4對于纖維增強(qiáng)塑料等復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu),跨距、外伸臂長度等參見附錄B。 3.5對于正交各向異性的夾層結(jié)構(gòu),試樣分縱向和橫向兩種。 3.6試樣數(shù)量按GB 1446第2章規(guī)定。 4試驗(yàn)條件 4.1試驗(yàn)環(huán)境條件按GB 1446第3章規(guī)定。 4.2試驗(yàn)設(shè)備按GB 1446第5章規(guī)定。 4.3加載壓頭及支座見圖1。加載壓頭墊塊平面部分寬度應(yīng)滿足10≤B≤30mm。支座處加一塊可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的墊塊,平面部分的寬度應(yīng)滿足10≤B’≤20mm。 4.4加載壓頭與試樣之間應(yīng)墊上一塊硬質(zhì)橡膠墊片,其寬度略大于壓頭寬度,厚度為3～5mm。 4.5加載速度隨著試樣跨距、厚度及材料性能而改變。一般情況下,測強(qiáng)度時(shí)為2～5mm/min,測剛度時(shí)為0.5～2mm/min。 5試驗(yàn)步驟 5.1試樣制備按GB 1446第1章規(guī)定。 5.2試樣外觀檢查按GB 1446第2章規(guī)定。 5.3試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)按GB 1446第3章規(guī)定。 5.4將合格試樣編號。測量試樣跨距內(nèi)任意三處的寬度和厚度,取算術(shù)平均值。面板厚度取名義厚度或同一批試樣的平均厚度。測量精度按GB 1446第4章規(guī)定,對于格子型芯子的夾層結(jié)構(gòu)試樣,記錄橫截面上格子壁的數(shù)目。 5.5按選定跨距調(diào)整支座,跨中安裝位移傳感器,見圖1。測剛度時(shí),按三點(diǎn)外伸梁彎曲方法安裝三只位移傳感器,見圖2。 5.6測定強(qiáng)度時(shí),把試樣安放在彎曲試驗(yàn)的支座上,加上加載壓頭,并在壓頭與試樣之間墊上一塊硬質(zhì)橡膠墊片,調(diào)整試驗(yàn)機(jī)載荷零點(diǎn)。按選定的加載速度,均勻連續(xù)加載直至試樣破壞,讀取破壞載荷,觀察并記錄破壞形式。 5.7測定剛度時(shí),施加預(yù)加載荷(破壞載荷的15%～20%),消除試樣與支座間的空隙,卸至初載(破壞載荷的5%),調(diào)整儀表零點(diǎn),然后以破壞載荷的5%為級差,按規(guī)定的加載速度,分級加載至破壞載荷的30%～50%,記錄各級載荷和相應(yīng)繞度值。若需整個(gè)載荷—撓度資料,則應(yīng)測到破壞為止。如有自動(dòng)記錄儀表,可以連續(xù)加載。注:①若出現(xiàn)載荷示值下降或停頓現(xiàn)象,則以此時(shí)的載荷示值作為破壞載荷。②芯子的剪切強(qiáng)度和剪切模量按GB 1455測定為宜。 6計(jì)算 6.1繪制載荷—撓度曲線。 6.2芯子的剪切應(yīng)力按式(3)計(jì)算:τc=P.K/2b(h-tf)………………(3)式中:τc—芯子剪切應(yīng)力,MPa; P—跨中載荷,N; b—試樣寬度,mm; tf—同式(1); h—試樣厚度,mm; K—無量鋼數(shù)。如果K取1,則上式不計(jì)及面板承受的剪力,當(dāng)計(jì)及面板承前時(shí),K按式(3a)計(jì)算為: K=1-e[-A]………………(3a) A=l/4tf 6Gc(h-tf)/Ef.tf…………(3b)式中:e—自然對數(shù)的底; A—無量鋼數(shù); l,tf—同式(1); h—同式(3); Ef—面板彈性模量,MPa; Gc—芯子剪切數(shù)量,MPa。當(dāng)P為破壞載荷,破壞發(fā)生在芯子時(shí),則式(3)計(jì)算的結(jié)果為芯子剪切強(qiáng)度。當(dāng)P為破壞載荷,面板與芯子脫膠時(shí),則式(3)計(jì)算的結(jié)果為膠接剪切強(qiáng)度。當(dāng)P為比例極限載荷時(shí),則式(3)計(jì)算的結(jié)果為芯子剪切比例極限。 6.3面板應(yīng)力按式(4)計(jì)算:σf=P.l/4b.tf(h-tf)…………………(4)式中:σf—面板中的拉、壓應(yīng)力,MPa; l、tf—同式(1); P、b、h—同式(3)。當(dāng)P為破壞載荷,并且發(fā)生面板拉斷或壓縮皺折等破壞現(xiàn)象時(shí),則式(4)計(jì)算的結(jié)果為夾層結(jié)構(gòu)彎曲時(shí)的面板強(qiáng)度。 6.4夾層結(jié)構(gòu)彎曲剛度按式(5)計(jì)算: D=l2.a.ΔP/16f1………………………(5)式中:D—變層結(jié)構(gòu)的彎曲剛度,N.mm2; l—同式(1); a—外伸臂長度,mm;ΔP—載荷—撓度曲線上直線段的載荷增量值,N; fl—對應(yīng)ΔP的外伸點(diǎn)的撓度增量值(取左右兩點(diǎn)的平均值),mm。 6.5面板的彈性模量按式(6)計(jì)算: Ef=D/J…………………………(6)式中:Ef—面板彈性模量,MPa; D—同式(5); J—夾層結(jié)構(gòu)慣性矩,mm4。 J=(h3-h[3c])×b/12(1-μ2)………………(6a)或 J=b.tf(h-tf)2/2……………………………(6b)式中:tf—同式(1); b、h—同式(3); hc—試樣芯子厚度,mm;μ—面板的泊松比。注:式(6a)中已略去芯子的彎曲剛度:式(6b)中已略去芯子和面板本身的彎曲剛度。 6.6夾層結(jié)構(gòu)的剪切剛度按式(7)計(jì)算: U=l.ΔP/4(f-l/3a×f1)………………(7)式中:U—夾層結(jié)構(gòu)的剪切剛度,N; l—同式(1); a—外伸臂長度,mm;ΔP—同式(5); f—對應(yīng)ΔP試樣跨中的撓度增量值,mm; f1—同式(5)。 6.7芯子的剪切彈性模量按式(8)計(jì)算: Gc=U/b(h-tf)…………………(8)式中:Gc—芯子剪切彈性模量,MPa; b、tf—同式(1); h—同式(3); U—同式(7)。 6.8蜂窩芯子的蜂壁剪切性能計(jì)算參見附錄A。 7試驗(yàn)結(jié)果按GB 1446第6章規(guī)定。 8試驗(yàn)報(bào)告按GB 1446第7章。附錄A蜂窩芯子的蜂壁剪切性能計(jì)算 (補(bǔ)充件) A1蜂壁剪切應(yīng)力按式(A1)計(jì)算:τs=P/2.n.ts(h-tf)…………………(A1)式中:τs—蜂壁剪切應(yīng)力,MPa; P—跨中的載荷,N; n—試樣橫截面上的單層蜂壁數(shù); h—試樣厚度,mm; tf—面板厚度,mm; ts—單層蜂壁厚度,mm。當(dāng)P為破壞載荷時(shí),按式(A1)計(jì)算的結(jié)果為蜂壁剪切強(qiáng)度。 A2蜂壁剪切彈性模量按式(A2)計(jì)算: Gs=U/n.ts(h-tf)………………………(A2)式中:Gs—蜂壁剪切彈性模量,MPa; U—剪切剛度,N; n—同式(A1); ts、h、tf—同式(A1)。 A3對于其他格子型芯子壁的剪切性能,可以按式(A1)、(A2)原理計(jì)算。附錄B跨距參考表 (參考件)對于纖維增強(qiáng)塑料等復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu),測芯子剪切強(qiáng)度的短梁跨距,三點(diǎn)外伸梁的跨距和外伸臂長度,測面板強(qiáng)度的三點(diǎn)彎曲跨距的參考數(shù)值列于下表。跨距參考表 mm -----------------------------------------試樣厚度 h 6～10 10～20 20～40短梁測芯子剪切強(qiáng)度 l 100 160 200三點(diǎn)外伸梁彎曲測剛度 l 120 160 200 a 60 80 100三點(diǎn)彎曲測面板強(qiáng)度 l≥300≥400≥500 -----------------------------------------注:面板厚度小于1mm。附加說明:本標(biāo)準(zhǔn)由全國纖維增強(qiáng)塑料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會提出并歸口。本標(biāo)準(zhǔn)由國家建材局上海玻璃鋼研究所、航空工業(yè)部北京航空材料研究所共同起草。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人周祝林、王彬如、楊云娣、顏鐵〓。