国家标准计划《纤维增强塑料复合材料III型层间断裂韧性的测定》由 TC39(全国纤维增强塑料标准化技术委员会)归口 ,主管部门为中国建筑材料联合会。
主要起草单位 河北工业大学 、北京航空航天大学 、中国航发北京航空材料研究院 、重庆大学 、北京玻钢院检测中心有限公司 、天津爱思达新材料科技有限公司 、中国飞机强度研究所 。
| 83 橡胶和塑料工业 |
| 83.120 增强塑料 |
纤维增强复合材料层板因其具有较高的比强度和比刚度,可剪裁设计,疲劳性能好等优良的力学性能而在航空航天领域中得到日益广泛的应用。
然而,复合材料层板在力学性能方面也存在一大缺陷,即层间性能差。
早期复合材料层板结构用于次承力结构,分层问题并不突出。
随着复合材料制造技术和复合材料结构设计、分析和应用技术的不断积累和发展,复合材料层板在军机和民机结构上的用量逐渐增加,应用部位也由次承力结构逐渐发展到受力状况复杂的主承力结构,由于结构形式和受载形式越来越复杂,层间性能差的问题已经不能忽视。
分层会导致复合材料的压缩强度或剪切强度明显降低,即使是局部分层也会引起刚度降低。
在结构的服役过程中微小的分层损伤会由于扩展演化为严重的损伤而导致复合材料结构的全面失效,甚至引发灾难性事故,复合材料分层问题是复合材料结构使用中的主要隐患,必须重点考察,为此复合材料结构设计对完备的复合材料层间性能数据提出迫切需求。
复合材料的分层形式按照裂纹面与载荷方向的角度,可分为张开型(I型)、滑移型(II型)和撕裂型(III型)三种基本形式,实际结构中往往是上述三种分层模式的耦合。
其中I型分层模式由于其对应的层间断裂韧性值最低而最危险,II型分层与决定复合材料结构设计许用值的冲击后压缩性能密切相关, III型则往往与结构受到扭转载荷的工况相关。
ASTM已经制定了I型、II型和I/II混合型层间断裂韧性的测试标准。
由于早期复合材料层板结构以薄板为主,主要用于承受面内载荷,实际结构中III型分层的比例较少,加之试验中实现纯III型分层困难,因此一直都没有满足工程需求的复合材料III型层间断裂韧性的测试方法。
设计人员在对复合材料结构进行设计、分析时往往忽视III型分层的存在,或者以II型层间断裂韧性数据近似等于III型层间断裂韧性数据。
但是,随着飞行器结构上复合材料结构厚度的增加,以及更多需要承受扭转载荷工况结构(例如发动机风扇叶片、直升机旋翼)的出现,实际结构中III型分层现象越多越多,而缺少精确、可靠的III型层间断裂韧性数据已经成为制约高精度复合材料数值模拟技术发展的一个瓶颈问题。
为此,亟需制定复合材料层板 III型层间断裂韧性的测试方法,以便对III型层间断裂韧性进行准确表征与评价,同时也可完善现有的复合材料层板层间断裂韧性的测试体系。
本标准适用于纤维增强聚合物基复合材料对称、均衡多向层板层板III型层间断裂韧性的测试。本标准规定了采用边缘环裂纹扭转(ERCT或ERC-III,Edge Ring Crack Torsion)试样,测定纤维增强聚合物基复合材料层板III型层间断裂韧性试验的试验装置和仪器、试样、试验环境、试验步骤、试验结果计算和试验报告。