ГОСТ 33375-2015. Межгосударственный стандарт. Композиты полимерные. Метод испытания на растяжение образцов с открытым отверстием
(введен в действие Приказом Росстандарта от 07.10.2015 № 1492-ст)
Примечание
Документ введен в действие с 01.01.2017.
Введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 7 октября 2015 г. № 1492-ст
МЕТОД ИСПЫТАНИЯ НА РАСТЯЖЕНИЕ ОБРАЗЦОВ С ОТКРЫТЫМ ОТВЕРСТИЕМ
Polymer composites. Test method for open-hole tension testing of specimens
Дата введения 1 января 2017 года
Предисловие
Цели, основные принципы и порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2009 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены»
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Объединением юридических лиц «Союз производителей композитов» совместно с Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов» (ФГУП «ВИАМ»)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 497 «Композиты, конструкции и изделия из них»
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 22 июля 2015 г. № 78-П)
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 7 октября 2015 г. № 1492-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 33375-2015 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2017 г.
5 Настоящий стандарт соответствует стандарту ASTM D 5766/D 5766 M-11 Standard Test Method for Open-Hole Tensile Strength of Polymer Matrix Composite Laminates (Стандартный метод определения прочности при растяжении образцов слоистых композитных материалов с полимерной матрицей со сквозным отверстием).
Степень соответствия — неэквивалентная (NEQ)
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на полимерные композиты (ПК) с квазиизотропной укладкой армирующего наполнителя и устанавливает метод испытания на растяжение образцов с открытым отверстием.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:
ГОСТ 166-89 (ИСО 3599-76) Штангенциркули. Технические условия
ГОСТ 6507-90 Микрометры. Технические условия
ГОСТ 12423-2013 (ISO 291:2008) Пластмассы. Условия кондиционирования и испытания образцов (проб)
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Обозначения
В настоящем стандарте применены следующие обозначения:
A, мм2 — площадь (брутто) поперечного сечения образца;
N, шт. — количество слоев в укладке;
wБ, мм — ширина образца без учета отверстия;
wН, мм — ширина образца с учетом отверстия.;
w, мм — ширина образца, равная wБ;
ms, шт. — количество пакетов препрега в конечном ПК;
\sigma_{\text{Б}} , МПа — прочность (брутто) образца с открытым отверстием при растяжении;
\sigma_{\text{Н}} , МПа — прочность (нетто) образца с открытым отверстием при растяжении;
Pmax, кН — максимальное усилие, прикладываемое к образцу при испытании;
CV, МПа — коэффициент вариации значения свойства материала для n образцов;
Sn-1, МПа — стандартное отклонение значений свойств материала для n образцов;
xi, МПа — значение свойства материала для i-го образца;
\overline{x} , МПа — среднеарифметическое значение характеристики для n образцов;
\sigma , МПа — действующее напряжение (брутто);
4 Сущность метода
4.1 Сущность метода заключается в кратковременном испытании образца с центральным открытым отверстием из ПК на растяжение с постоянной скоростью деформации, при которой определяют предел прочности образца с учетом площади отверстия (нетто) и без учета площади отверстия (брутто).
4.2 Отношение ширины образца к диаметру отверстия должно быть равно 6, при отношении диаметра отверстия к толщине образца от 1,5 до 3,0, за исключением случаев, когда целью испытания является исследование этого отношения.
5 Оборудование для испытаний
5.1 Испытательная машина, обеспечивающая растяжение образца с заданной постоянной скоростью перемещения активного захвата и измерение нагрузки с погрешностью не более 1% от измеряемой величины.
5.2 Захваты испытательной машины должны обеспечивать крепление образца таким образом, чтобы продольная ось образца совпадала с направлением действия растягивающей нагрузки. Захваты должны обеспечивать достаточное сжатие захватной части образца, чтобы образцы не проскальзывали в захватах. Рекомендуется использовать шарнирно закрепленные (самовыравнивающиеся) захваты для предотвращения изгиба во время растяжения. Для надежного крепления образца при испытании высокомодульных, высокопрочных ПК рекомендуется применять захваты с насечкой на рабочих поверхностях под углом +/- 45° с шагом 1 мм. Более грубая насечка может вызвать разрушение образца в захвате.
5.3 Проверку соосности силовой цепочки проводят любым доступным методом (например, с использованием специальных образцов с наклеенными тензорезисторами или двустороннего экстензометра). Силовую цепочку считают соосной, если величины изгиба для каждой из взаимно перпендикулярных граней образца, совпадающих с направлением приложения нагрузки, не превышают 5% при величине деформации более 0,1%.
5.4 В качестве датчиков деформации используют механические, оптические экстензометры или другие приборы, обеспечивающие измерение деформации с максимальной относительной погрешностью не более 1% от измеряемой величины.
5.5 При проведении испытаний в условиях, отличных от стандартной лабораторной атмосферы [температура — (23 +/- 2) °C и относительная влажность — (50 +/- 10)%], или невозможности кондиционирования материалов в лабораторных условиях необходимо использовать термокриокамеру, обеспечивающую поддержание заданной температуры в пределах +/- 2 °C и заданного уровня относительной влажности в пределах +/- 3%.
Допускается проведение испытаний без использования термокриокамеры при температуре (23 +/- 5) °C и относительной влажности не более 70%, если нет прямых указаний в нормативном документе или технической документации на материал образца.
5.6 Средства измерения геометрических размеров образца и отверстия должны обеспечивать измерение с погрешностью не более +/- 1% от измеряемой величины.
Для измерения толщины образца рекомендуется использовать микрометр с погрешностью не более +/- 0,005 мм по ГОСТ 6507, для измерения длины, ширины образца и диаметра отверстия — штангенциркуль с погрешностью не более +/- 0,025 мм по ГОСТ 166. Микрометр должен иметь сферические головки диаметром от 4 до 5 мм.
6 Образцы
6.1 Для испытаний используют образцы из ПК в виде пластины с открытым отверстием (рисунок 1) шириной (36 +/- 1) мм, длиной от 200 до 300 мм и толщиной от 2 до 4 мм. Рекомендуемая толщина — 2,5 мм. Отверстие диаметром (6,00 +/- 0,06) мм должно находиться по центру образца. Допустимое отклонение центра отверстия от центра образца — 0,15 мм по длине и 0,05 мм по ширине.
Рисунок 1 — Образец ПК с открытым отверстием для испытаний на растяжение
6.2 Образец должен иметь симметричную относительно центральной плоскости, разнонаправленную (минимум два направления) укладку со схемой армирования: [45/-45/0/90]ms или [45/0]ms. В каждом направлении должно лежать не менее 5% волокон. При использовании образца с отличной схемой укладки данные об этом заносятся в протокол испытаний.
6.3 Для испытаний используют образцы с накладками на захватной части или без них.
6.4 В рабочей зоне образцы должны иметь гладкую наружную поверхность без вздутий, сколов, трещин, расслоений, вмятин, натеков связующего и других дефектов, заметных невооруженным глазом.
6.5 Условия изготовления образцов, механическая обработка, место и направление их вырезки из плит должны соответствовать требованиям, установленным в нормативном документе или технической документации на материал.
6.6 Особую осторожность следует соблюдать при изготовлении отверстия, поскольку полученные повреждения влияют на результат испытания в большей степени, чем дефекты, расположенные далеко от отверстия. При сверлении отверстия рекомендуется сначала делать отверстие меньшего диаметра, а затем доводить до необходимого размера. Необходимо избегать расслаивания и других повреждений на кромках отверстия и вокруг него. Для контроля образцов после сверления отверстия рекомендуется использовать методы дефектоскопии.
6.7 Количество образцов, необходимых для определения одной характеристики одной партии ПК при конкретном режиме испытаний, должно быть не менее пяти.
7 Подготовка к испытанию
7.1 Если в нормативном документе или технической документации на испытуемые материалы не указаны особые условия кондиционирования, то перед испытанием образцы кондиционируют при атмосферном давлении от 85 до 105 кПа в стандартной лабораторной атмосфере при температуре (23 +/- 2) °C и относительной влажности (50 +/- 10)% не менее 90 ч или по ГОСТ 12423.
7.2 Если в нормативном документе или технической документации на испытуемые материалы не указаны особые условия кондиционирования, то время от окончания изготовления образцов до момента их испытания, включая кондиционирование, должно составлять не менее 16 ч.
7.3 Перед испытанием образцы маркируют таким образом, чтобы метки не влияли на результаты испытаний и позволяли точно определять положение образца при испытании.
7.4 Ширину образца измеряют в трех местах рядом с отверстием. Толщину образца измеряют в четырех местах в поперечном сечении минимальной площади рядом с отверстием и краями. За толщину образца принимают среднеарифметическое значение четырех измерений. Округляют значения размеров образца до трех значащих цифр. Коэффициент вариации для значения толщины не должен превышать 2%.
7.5 Проводят входной контроль образцов по геометрическим размерам и внешнему виду. В случае несоответствия образцов требованиям настоящего стандарта составляют акт входного контроля образца, в котором для каждого образца, не прошедшего контроль, указывают маркировку, результаты визуального осмотра и пункт настоящего стандарта, которому не соответствует образец. Рекомендуемая форма акта приведена в приложении А.
7.6 Образцы, не прошедшие входной контроль, возвращают заказчику с копией акта входного контроля образцов. Испытание этих образцов возможно в случае письменного запроса со стороны заказчика, при этом в протоколе испытаний, в примечании указывают, каким пунктам настоящего стандарта не соответствуют образцы.
8 Проведение испытаний
8.1 Испытания проводят в помещении при температуре и относительной влажности окружающего воздуха или другой среды, указанной в нормативном документе или технической документации на испытуемый материал. Если таких указаний нет, то испытания проводят при температуре окружающего воздуха (23 +/- 3) °C, относительной влажности воздуха (50 +/- 10)%.
8.2 При проведении испытаний в условиях повышенных или пониженных температур время, необходимое для полного прогрева или охлаждения образца до его испытания, устанавливают в соответствии с требованиями нормативного документа или технической документации на испытуемый материал. Если таких указаний нет, то время выдержки образца при заданной температуре устанавливают не менее 20 мин на 1 мм его толщины. Рекомендуется определять момент установления заданной температуры во всем рабочем объеме образца по прекращению его термического расширения.
8.3 Образец зажимают в захватах испытательной машины таким образом, чтобы его продольная ось совпадала с направлением действия растягивающей нагрузки.
8.4 При необходимости устанавливают экстензометры (тензорезисторы наклеивают на образец перед установкой в испытательную машину за 16 — 24 ч до испытаний; технология их приклеивания на образец, а также рекомендуемые клеи должны быть указаны в нормативном документе или технической документации на материал).
8.5 Для контроля температуры, при испытаниях при повышенных и пониженных температурах, на образце закрепляют зажимами две термопары вблизи отверстия на противоположных сторонах образца.
8.6 Устанавливают скорость перемещения активного захвата машины в диапазоне от 0,0001 до 0,0025 с-1 (от 0,1 до 10 мм/мин). Рекомендуется выбирать скорость таким образом, чтобы испытание длилось от 1 до 10 мин. При использовании иных скоростей испытания об этом должно быть указано в протоколе.
8.7 При определении брутто и/или нетто пределов прочности при растяжении образец равномерно нагружают с заданной скоростью перемещения активного захвата с записью диаграммы деформирования и регистрируют наибольшую нагрузку Pmax, которую выдержал образец ПК.
9 Обработка результатов
9.1 По окончании испытаний оценивают тип, область и местоположение разрушения каждого образца, используя специальное идентификационное обозначение разрушения в соответствии с таблицей 1 и рисунком 2.
Идентификация обозначений разрушения
Рисунок 2 — Примеры допустимых типов разрушения
Идентификационное обозначение разрушения включает в себя три символа, обозначающих тип, область и местоположение разрушения. Многотиповое разрушение обозначают индексом М с указанием в скобках выявленных типов разрушения.
Недопустимым типом разрушения является разрушение в захватах/накладках. Если на значительном количестве образцов в серии разрушение происходит на расстоянии от отверстия, должны быть пересмотрены условия зажатия образца. Причиной может быть несоосность захватов или неравномерная толщина образца.
Не следует вычислять значения характеристик при наличии дефектов вблизи отверстия, если только не проводят исследование влияния этих дефектов на свойства материала.
9.2 Пределы прочности при растяжении с открытым отверстием \sigma_{\text{Б}} (брутто) или \sigma_{\text{Н}} (нетто), МПа, вычисляют по формулам:
\sigma_{\text{Б}} = \frac{P_{max}}{hw_{\text{Б}}} ; (1)
\sigma_{\text{Н}} = \frac{P_{max}}{hw_{\text{Н}}} , (2)
где Pmax — наибольшая нагрузка, предшествующая разрушению образца, Н;
wБ — ширина образца без учета отверстия, мм;
wН — ширина образца с учетом отверстия, мм.
Среднеарифметическое значение каждой характеристики для каждой серии испытаний x, МПа, вычисляют по формуле
\overline{x} = \frac{\sum_{i = 1}^{n} x_{i}}{n} , (3)
где n — число образцов в серии;
i — порядковый номер испытуемого образца;
xi — результат испытания образца из серии при оценке данной характеристики.
Стандартное отклонение Sn-1, МПа, вычисляют по формуле
S_{n - 1} = \sqrt{\frac{\sum_{i = 1}^{n} (\overline{x} - x_{i})^{2}}{n - 1}} . (4)
Коэффициент вариации CV, МПа, вычисляют по формуле
CV = \frac{100s_{n - 1}}{\overline{x}} . (5)
9.3 Округление вычисленных результатов испытаний проводят в соответствии с таблицей 2.
Округление результатов испытаний
9.4 Результаты испытаний заносят в протокол испытаний, который должен содержать:
- наименование материала;
- наименование предприятия-изготовителя;
- метод изготовления;
- тип образцов, количество слоев, тип укладки слоев;
- количество образцов, их маркировку и геометрические размеры;
- способ кондиционирования и условия испытания в случаях, отличающихся от предусмотренных настоящим стандартом;
- температуру и влажность испытательной среды;
- тип средств измерений и испытаний, заводской номер;
- способ измерений деформации и нагрузки (класс точности экстензометра, класс точности датчика силы);
- способ изготовления отверстия в образце;
- скорость испытания;
- значения предела прочности каждого образца;
- тип разрушения каждого образца;
- дату проведения испытаний;
- ссылку на настоящий стандарт.
Дополнительно протокол может содержать:
Форма акта входного контроля образцов
Материал: _________________________
Заказчик: _________________________
1 Количество переданных образцов ____ шт.
2 Замечания по внешнему виду и геометрическим размерам образцов указаны в таблице.
| Исполнитель | ___________ (подпись) |
________________ (Ф.И.О) |
_________ (дата) |
|---|
| УДК 691.175.5/.8:006.354 | МКС 83.120 | NEQ |
| Ключевые слова: композитные материалы, прочность на растяжение с открытым отверстием, растяжение, механические свойства при растяжении | ||