МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
РАСЧЕТЫ И ИСПЫТАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ
В МАШИНОСТРОЕНИИ. МАТЕРИАЛЫ
КОМПОЗИЦИОННЫЕ. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
НА МЕЖСЛОЙНЫЙ СДВИГ
РД 50-675-88
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
Москва
РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ
|
Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Материалы композиционные. Методы испытаний на межслойный сдвиг |
РД |
Дата введения 01.07.89
Методические указания распространяются на слоистые полимерные композиционные материалы на основе непрерывных стеклянных, углеродных, органических, борных и других волокон и устанавливают методы определения значения прочности межслойного сдвига при нормальной (плюс 20 °С), повышенной (до плюс 180 °С) и пониженной (минус 60 °С) температурах.
1. СУЩНОСТЬ МЕТОДОВ
Прочность на межслойный сдвиг плоских образцов из волокнистых композиционных материалов определяют тремя методами:
1 - трехточечный изгиб предельной нагрузкой при поперечном изгибе коротких прямоугольных брусков;
2 - несимметричный четырехточечный изгиб предельной нагрузкой при несимметричном изгибе балки;
3 - кручение предельным моментом квадратной пластины с канавкой.
Все три метода предназначены для контрольных и сравнительных испытаний. Сопоставление полученных результатов возможно лишь для композиционных материалов со сходными схемами армирования.
В случае, когда метод 1 не обеспечивает межслойного разрушения, следует применять любой из оставшихся методов.
2. ОБРАЗЦЫ
2.1. Для определения прочности межслойного сдвига при поперечном изгибе используют образцы в виде балок прямоугольного сечения (черт. 1) толщиной h = (6 ± 0,2) мм, шириной b = (6 ± 0,5) мм, длиной L = 7h = 40 - 42 мм, длиной пролета l = 5h = 30 мм.
2.2. Для определения прочности межслойного сдвига при несимметричном четырехточечном изгибе используют образцы в виде балок прямоугольного сечения (черт. 2) толщиной h = (6 ± 0,2) мм, шириной b = (6 ± 0,5) мм, длиной L = 7h.
2.3. Для определения межслойной сдвиговой прочности при кручении используют образцы в виде квадратной пластины с боковыми канавками по периметру (черт. 3). Сторона пластины а = (16 ± 0,1) мм, толщина - h ³ 5 мм, сторона рабочего сечения b = (10 ± 0,1) мм, ширина канавки t = 1 мм, радиус канавки r = 0,5 мм.
2.4. Образцы изготовляются из плит, брусков или полуфабрикатов алмазным или наждачным кругом.
2.5. Образцы должны иметь гладкую ровную поверхность не грубее Rz = 20 мкм по ГОСТ 2789-73, без вздутий, сколов, трещин, расслоений и других дефектов, заметных невооруженным глазом.
2.6. Разнотолщинность образцов на изгиб из пластинки на кручение не должна превышать ±0,05 мм, для других размеров рабочей части образца допускается отклонение ±0,1 мм.
Форма и размеры образца для определения прочности межслойного сдвига при поперечном изгибе короткой балки
Форма и размеры образца для определения прочности межслойного сдвига при поперечном несимметричном четырехточечном изгибе балки
Форма и размеры образца для определения прочности межслойного сдвига при кручении
3. АППАРАТУРА
3.1. Требования к испытательным машинам, аппаратуре, измерительной технике и измерительной шкале - по ГОСТ 25.604-82.
Скорость перемещения нагружающего цилиндра при изгибе - 1 - 2 мм/мин.
Ширина наконечника и опор должна быть больше или равной ширине образца. Ось наконечника должна совпадать с серединой пролета между опорами.
Допускаемые колебания температуры не должны превышать номинальной: плюс 5 °С минус 3 °С.
3.2. Приспособление для поперечного изгиба (черт. 4) состоит из цилиндрических опор r = (3 ± 0,5) мм и верхнего нагружающего цилиндра R = (5 ± 0,5) мм. Нижние опоры перемещаются по траверсе, имеющей мерные деления, и крепятся на ней для исключения их смещения. Точность установки опор, а также расстояние между ними и расстояние между верхним цилиндром и каждой из опор ±0,2 мм. Поверхности опор и цилиндра шлифуют не грубее Rz = 0,6 мкм (ГОСТ 2789-73) и закаляют до твердости 45 - 50 HRC.
3.3. Приспособление для несимметричного четырехточечного изгиба (черт. 5) состоит из нижних и верхних цилиндрических опор r = (3 ± 0,5) мм, которые перемещаются по треверсам, имеющим мерное деление, и крепятся на ней для исключения их смещения. Точность установки опор ±0,2 мм. Поверхности опор шлифуют не грубее Rz = 0,6 мкм (ГОСТ 2789-73) и закаляют до твердости 45 - 50 HRC.
3.4. Машину или установку снабжают также приспособлением для кручения образца (черт. 6).
Схема приспособления для испытаний на поперечный изгиб
1 - верхняя цилиндрическая опора; 2 - образец; 3 - нижние опоры; 4 - траверса с мерными делениями
Схема приспособления для нагружения несимметричным четырехточечным изгибом
1 - верхние цилиндрические опоры; 2 - образец; 3 - нижние опоры; 4 - траверса с мерными делениями
Схема приспособления для определения межслойной сдвиговой прочности образцов при кручении
1 - наружная часть корпуса; 2 - образец; 3 - внутренняя часть корпуса; 4 - упор образца; 5 - прижимной винт; 6 - регулировочные винты
4. ПОДГОТОВКА И ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ
4.1. Перед испытанием образцы кондиционируют по ГОСТ 12423-66, если в нормативно-технической документации нет других указаний.
4.2. Время от окончания изготовления формовочных образцов или композиционного материала, из которого они вырезаются, включая и время на кондиционирование, должно составлять не менее 16 ч.
4.3. Образцы нумеруют мягким карандашом, стеклографом или краской.
4.4. Испытания проводят в помещении или закрытом объеме при температуре окружающего воздуха (21 ± 2) °С и относительной влажностью (50 ± 10) %, если нет особых указаний в ТУ на материал. При отличии температур помещения от указанной образцы выдерживают в термокамере при (21 ± 2) °С в течение 2 - 3 ч.
4.5. При испытании на поперечный изгиб образец устанавливают на нижние опоры так, чтобы его центр находился под центром верхнего цилиндра. Допускаемые отклонения - 0,2 мм. Плоскость слоев должна быть горизонтальной (перпендикулярной к направлению нагружения). При постоянной скорости движения цилиндра образец доводят до разрушения и анализируют его характер. Если разрушение имеет вид межслойного расслоения, предельную нагрузку Р используют для определения прочности при сдвиге. Если же разрушение не имеет вида межслойного расслоения, следует пользоваться методом 2 или 3.
4.6. При испытании на несимметричный четырехточечный изгиб устанавливают образец на нижние опоры так, чтобы его центр (середина образца) находился слева на расстоянии 0,5h от правой опоры, а левая верхняя опора устанавливается слева от центра образца на расстоянии 0,5h. Левую нижнюю опору и правую верхнюю устанавливают на одинаковом расстоянии (h) от концов образца. Допускаемые отклонения - 0,2 мм.
Плоскость слоев образца должна быть горизонтальной (перпендикулярной к направлению нагружения). При постоянной скорости движения цилиндра образец доводят до разрушения и анализируют его характер. Если разрушение имеет вид межслойного расслоения, предельную нагрузку Р используют для определения прочности при сдвиге. Если же разрушение не имеет вида межслойного расслоения, следует пользоваться методом 3.
4.7. При испытании на кручение регулировочными винтами 6 (черт. 6) настраивают приспособление на толщину испытуемого образца так, чтобы его канавки находились примерно в центре. Устанавливают образец в приспособление, которое помещают в захваты испытательной установки, и нагружают с заданной скоростью до разрушения, фиксируя при этом предельное значение крутящего момента.
4.8. Число образцов, необходимых для определения напряжений при сдвиге в заданной плоскости одного и того же материала, - не менее пяти.
5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
5.1. Прочность при межслойном сдвиге при изгибе короткой балки (если произошло межслойное разрушение) определяют по формуле
(где Р - предельная (максимальная) нагрузка, Н;
b, h - ширина и толщина образца, мм.
Если при изгибе разрушение произошло при нагрузке Р без расслоения, необходимо использовать образцы, показанные на черт. 2 или 3.
5.2. Прочность при межслойном сдвиге при несимметричном четырехточечном изгибе определяют по формуле
(где l1, l2 - расстояние между опорами (черт. 2), мм.
5.3. Прочность при межслойном кручении пластины с боковыми канавками по периметру определяют по формуле
(3)
где Mкр - предельное значение разрушающего крутящего момента, Н×м;
b - сторона квадратного поперечного сечения рабочей части образца, м.
5.4. За результат испытаний принимают среднее арифметическое значение всех параллельных определений
(4)
где ci - отдельное значение определяемой величины;
п - число отдельных значений, входящих в расчет (число испытанных образцов).
5.5. При необходимости статистической оценки результатов испытаний используют стандартные методы математической статистики по ГОСТ 14359-69.
5.6. Протокол испытаний содержит: наименование и марку, материала, способ изготовления образцов, вид испытаний, форму, размеры, структуру армирования, направление вырезки образцов, их число, условия кондиционирования, температуру и влажность воздуха, характеристику испытательной машины и измерительной аппаратуры, режим нагружения, значения определяемой характеристики каждого образца, ее среднее арифметическое значение и результаты статистической обработки данных.
1. РАЗРАБОТАНЫ Академией наук Латвийской ССР, Государственным комитетом СССР по стандартам, Академией наук СССР
ИСПОЛНИТЕЛИ
В.Ф. Беренсон, канд. техн. наук; Г.А. Ванин, д-р техн. наук, проф.; Г.М. Гуняев, д-р техн. наук; И.Г. Жигун, д-р техн. наук; В.Н. Кирилов, канд. техн. наук; Р.Д. Максимов, чл.-кор. АН Латв. ССР, Б.В. Петров, д-р техн. наук; Ю.М. Тарнопольский, чл.-кор. АН Латв. ССР, В.Д. Токарев, канд. техн. наук; О.Н. Андреева; В.В. Михайлов; А.Н. Полилов, канд. техн. наук; Р.П. Шлица
2. УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 29.09.88 № 3335
3. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
|
Номер пункта |
|
СОДЕРЖАНИЕ