ASTM D5448/D5448M-16
Стандартный метод испытаний свойств на сдвиг в плоскости композитных цилиндров с полимерной матрицей с кольцевой намоткой

Стандартный №

ASTM D5448/D5448M-16

Дата публикации

2016

Разместил

American Society for Testing and Materials (ASTM)

состояние

быть заменен

быть заменен

ASTM D5448/D5448M-22

Последняя версия

ASTM D5448/D5448M-22

сфера применения

Обзор стандарта и техническая база

ASTM D5448/D5448M-16 — это стандартный метод испытания сдвиговых свойств в плоскости кольцевой навивки композитных цилиндров на основе полимеров, разработанный Американским обществом по испытаниям и материалам. Этот стандарт был первоначально опубликован в 1993 году, а версия 2016 года является последней пересмотренной версией. Он в основном обновляет требования к согласованности с другими стандартами комитета ASTM D30 и включает в себя последние руководящие принципы по предварительной обработке образцов и испытаниям на воздействие окружающей среды.

---

Принцип испытания и основные положения

Этот метод испытания определяет сдвиговые свойства в плоскости кольцевой навивки (90°) тонкостенных цилиндрических образцов путем приложения крутящего момента на испытательной машине на кручение. Стандартные размеры образца: внутренний диаметр 100±4 мм, длина 140 мм, расчетная длина 102 мм и номинальная толщина стенки 2 мм.

Параметры производительности	Символ	Единица	Метод испытания
Прочность на сдвиг в плоскости	τ12u	МПа или фунт/кв. дюйм	Расчет максимального крутящего момента
Напряжение разрушения при сдвиге в плоскости	γ12u	Безразмерный	Измерение с помощью тензодатчика
Модуль сдвига в плоскости	G12	МПа или psi	Наклон кривой напряжение-деформация

---

Требования к оборудованию и приборам

Испытательная система должна включать следующее основное оборудование: испытательную машину на кручение, приспособление для сдвига в плоскости, систему измерения деформации и камеру для испытаний на воздействие окружающей среды. Приспособление состоит из корпуса, вставок и адаптеров. Конкретные требования показаны на рисунке 1-7 стандарта.

Тензодатчик должен представлять собой трехосную розетку деформации 0°/45°/90° длиной 6,3 мм и сопротивлением 350 Ом или выше для снижения теплового эффекта на материалах с низкой теплопроводностью. Рекомендуется минимальное напряжение возбуждения 1-2 В.

---

Характеристики подготовки и установки образцов

В процессе подготовки образцов необходимо строго контролировать следующие параметры: объёмную долю волокон, пустотность и точность ориентации волокон. Для обеспечения статистической значимости необходимо подготовить не менее 5 образцов для каждой части намотки.

При установке образца необходимо использовать подходящий заливочный материал, температура отверждения которого должна быть как минимум на 28°C (50°F) ниже температуры стеклования образца. Заливочный материал должен обладать достаточными характеристиками, чтобы избежать повреждений во время испытания.

---

Процедура испытания и обработка данных

Измерение и коррекция деформации

Когда для измерения деформации используются две розетки (расположенные на 180° друг от друга), требуется коррекция поперечной чувствительности:

ε₁ⁱ = [ε̂₁ⁱ(1-υ_oK_t1) - K_t1ε̂₃ⁱ(1-υ_oK_t3)] / (1-K_t1K_t3)

где υ_o — коэффициент Пуассона, используемый для калибровки производителем тензорезистора (обычно 0,285), а K_t - коэффициент поперечной чувствительности.

Расчет свойств сдвига

Максимальная деформация сдвига: γ₁₂ⁱ = [(ε₁ⁱ-ε₃ⁱ)² + (2ε₂ⁱ-ε₁ⁱ-ε₃ⁱ)²]^1/2

Прочность на сдвиг: τ₁₂^u = 16T_maxOD / [π(OD⁴-ID⁴)]

Модуль сдвига: G₁₂ = Δτ₁₂/Δγ̄₁₂

---

Анализ точности и смещения

На основе данных межлабораторного исследования (6 лабораторий тестируют графитовые/эпоксидные материалы):

Параметры производительности	Коэффициент вариации повторяемости	Коэффициент вариации воспроизводимости
Прочность на сдвиг τ12u	8,1%	10,0%
Модуль сдвига G12	5,4%	7,2%
Деформация разрушения γ12u	15,6%	17,7%

Смещение этого метода испытаний невозможно определить из-за отсутствия приемлемого эталонного стандарта.

---

Рекомендации по внедрению и меры предосторожности

Контроль качества подготовки образцов

Отсутствие контроля ориентации волокон во время подготовки материала и неправильная обработка образцов являются известными причинами высокой дисперсии данных в композитных материалах. Рекомендации:

1. Строго контролируйте постоянство натяжения волокон в процессе намотки
2. Используйте специальные инструменты обработки, чтобы избежать расслоения и повреждения волокон
3. Регулярно проверяйте размерную точность и состояние поверхности формы

Оптимизация процесса испытания

Скорость испытания должна быть установлена так, чтобы обеспечить почти постоянную скорость деформации по длине базы. Если испытательная машина не имеет функции контроля деформации, почти постоянную скорость деформации можно поддерживать путем многократного контроля и регулировки скорости приложения крутящего момента. Скорость деформации следует выбирать таким образом, чтобы разрушение наступало в течение 1-10 минут.

Оценка достоверности данных

Результаты испытаний считаются недействительными в следующих случаях:

• Максимальная деформация сдвига, измеренная с помощью розетки тензорезистора, изменяется более чем на 5%
• Угол поворота главной плоскости больше ±10°
• Разрушение происходит в пределах одной толщины образца от соединения с приспособлением
• Разрушение вызвано очевидным дефектом (если дефект не является исследуемой переменной)

---

Стандартные области применения и тенденции развития

Этот метод испытаний в основном используется для определения характеристик композитных материалов в аэрокосмической, автомобильной промышленности и производстве спортивного оборудования. С ростом применения композитных материалов в легких конструкциях спрос на точные испытания свойств сдвига в плоскости продолжает расти.

Будущее обслуживание стандарта будет выполняться только в ответ на специальные запросы и только при наличии технической поддержки. Пользователям рекомендуется обращать внимание на последние разработки комитета ASTM D30, чтобы быть в курсе обновлений стандартов.

На практике рекомендуется комбинировать методы испытаний D5449/D5449M (характеристики поперечного сжатия) и D5450/D5450M (характеристики поперечного растяжения) для получения более полных данных о характеристиках материала.