CSAE中國汽車工程學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)T/CSAEXX—201X汽車用聚合物基復(fù)合材料膠接性能評(píng)價(jià)規(guī)范復(fù)合材料/金屬第1部分：總則Evaluationspecificationofthemechanicalperformanceofadhesivelybondedjointsforautomotivepolymermatrixcomposites—Composite/metal—Part1:Guidelines（征求意見稿）201X-XX-XX發(fā)布201X-XX-XX實(shí)施中國汽車工程學(xué)會(huì)發(fā)布T/CSAEXX-201T/CSAEXX-201X目次前言.................................................................Ⅱ引言.................................................................Ⅲ1范圍..............................................................12規(guī)范性引用文件....................................................13術(shù)語和定義........................................................14原理..........................................................25試驗(yàn)設(shè)備..........................................................36評(píng)價(jià)步驟..........................................................46.1試樣.............................................................46.2膠接靜態(tài)力學(xué)性能評(píng)價(jià).........................................................46.3膠接耐久性評(píng)價(jià).............................................................4附錄A（資料性附錄）膠接結(jié)構(gòu)界面內(nèi)聚力本構(gòu)模型.........................................5參考文獻(xiàn)............................................................10ⅠⅠT/CSAEXX-201X前T/CSAEXX-201XT/CSAEXX-201X《聚合物基復(fù)合材料膠接性能評(píng)價(jià)規(guī)范復(fù)合材料/金屬》分為4個(gè)部分：第1部分：總則第2部分：試樣第3部分：試驗(yàn)方法第4部分：耐久性試驗(yàn)本部分為T/CSAEXX-201X的第1部分本部分依據(jù)GB/T1.1—2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫》給出的規(guī)則編寫。本部分的某些內(nèi)容可能涉及專利，本標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專利的責(zé)任。本部分由中國汽車工程學(xué)會(huì)汽車輕量化分標(biāo)委提出。本部分由中國汽車工程學(xué)會(huì)歸口。本部分負(fù)責(zé)起草單位：國汽（北京）汽車輕量化技術(shù)研究院有限公司、北京航空航天大學(xué)。本部分參加起草單位：湖北回天新材料股份有限公司、東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心、北京航數(shù)車輛數(shù)據(jù)研究所有限公司、上汽泛亞汽車技術(shù)中心有限公司、奇瑞汽車股份有限公司、北京汽車研究總院有限公司、重慶長安汽車股份有限公司、中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司北京民用飛機(jī)技術(shù)研究中心、康得復(fù)合材料有限責(zé)任公司、江蘇恒神股份有限公司、中國中車集團(tuán)株洲時(shí)代新材料科技股份有限公司、漢騰汽車有限公司、北京中材汽車復(fù)合材料有限公司、中航復(fù)材（北京）科技有限公司。本部分主要起草人：孫凌玉、楊潔、王利剛、李立軍、劉鵬、韓勝利、周旭東、石騰龍、汪霞、李軍、楊繼萍、張一犇、尚紅波、高聰、劉瑞、李東陽、李偉紅、周敏、隗云濤、張浩軍、趙紅濤、張子聰、崔麗、龐孝吾、毛慧文、郭聰蘭、郭春杰、高紅梅、張旭峰、劉克健、周娟、周濱、林瑞雪、項(xiàng)坤。本部分為首次發(fā)布。ⅡⅡⅢⅢ引言隨著汽車輕量化的發(fā)展，各種聚合物基復(fù)合材料在汽車中的應(yīng)用越來越廣泛，膠接是這類復(fù)合材料的主要連接方式之一，其復(fù)合材料與金屬膠接接頭的性能直接影響汽車的安全性和可靠性。但是，目前國內(nèi)在車用聚合物基復(fù)合材料與金屬膠接結(jié)構(gòu)的性能試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)方面幾乎空白。因此，需要制定一個(gè)適用于汽車行業(yè)的聚合物基復(fù)合材料與金屬膠接結(jié)構(gòu)性能綜合評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。本部分提供了聚合物基復(fù)合材料與金屬材料膠接性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法的總則。ⅢⅢT/CSAEXX-201X樹脂基復(fù)合材料膠接性能評(píng)價(jià)規(guī)范復(fù)合材料/金屬第1部分：總則1范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了汽車用樹脂基復(fù)合材料與金屬膠接性能評(píng)價(jià)的試驗(yàn)原理、試樣、試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)步驟和試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法。2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T2943—2008膠粘劑術(shù)語GB/T3961—2009纖維增強(qiáng)塑料術(shù)語GB/T1446—2005纖維增強(qiáng)塑料性能試驗(yàn)方法總則GJB5304—2004軍用復(fù)合材料術(shù)語GJB3383-1998膠接耐久性試驗(yàn)方法HB7618—2013聚合物基復(fù)合材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)表達(dá)準(zhǔn)則ISO19095-1-2015塑料類—塑料/金屬組合體界面粘附性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)第1部分指南JB/T9397—2013拉壓疲勞試驗(yàn)機(jī)技術(shù)條件GB/T10592—2008高低溫試驗(yàn)箱技術(shù)條件GB/T10586—2006濕熱試驗(yàn)箱技術(shù)條件GB/T10587—2006鹽霧試驗(yàn)箱技術(shù)條件T/CSAEXX-2—201X聚合物基復(fù)合材料膠接性能評(píng)價(jià)規(guī)范復(fù)合材料/金屬第2部分：試樣T/CSAEXX-3—201X聚合物基復(fù)合材料膠接性能評(píng)價(jià)規(guī)范復(fù)合材料/金屬第3部分：試驗(yàn)方法T/CSAEXX-4—201X聚合物基復(fù)合材料膠接性能評(píng)價(jià)規(guī)范復(fù)合材料/金屬第4部分：耐久性試驗(yàn)3術(shù)語和定義1GB/T2943—2008、GJB5304—2004、HB7618—2013和T/CSAEXX-1—201X（聚合物基復(fù)合材料膠接性能評(píng)價(jià)規(guī)范復(fù)合材料/復(fù)合材料第1部分：總則）界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。13.1復(fù)合材料composites1由兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立的理想相，包含粘結(jié)材料（基體）和粒料、纖維或片狀材料所組成的一種固體材料。1[GB/T3961—2009，定義3.1.11條]3.2熱固性復(fù)合材料thermosettingcomposites以熱固性樹脂為基體的復(fù)合材料。[GB/T3961—2009，定義3.1.35條]3.3熱塑性復(fù)合材料thermoplasticcomposites以熱塑性樹脂為基體的復(fù)合材料。[GB/T3961—2009，定義3.1.36條]3.4聚合物基復(fù)合材料polymermatrixcomposites以聚合物為基體的復(fù)合材料，分為熱固性樹脂基復(fù)合材料和熱塑性樹脂基復(fù)合材料。3.5纖維復(fù)合材料fiberreinforcedcomposites以纖維或其制品為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料。[GJB5304—2004，定義3.1.2條]3.6膠接I型斷裂韌性GICmodeIfracturetoughnessGICofadhesivejoints使用端部預(yù)制裂紋的雙懸臂梁膠接試樣，測得的張開型（I型）裂紋沿試樣縱向起始擴(kuò)展的臨界能量釋放率。[T/CSAEXX-1—201X，定義3.6條]3.7膠接II型斷裂韌性GIICmodeIIfracturetoughnessGIICofadhesivejoints使用端部預(yù)制裂紋的彎曲梁膠接試樣，測得的滑開型（II型）裂紋沿試樣縱向起始擴(kuò)展的臨界能量釋放率。[T/CSAEXX-1—201X，定義3.7條]3.8膠接耐久性性durabilityofadhesivebonding膠接件在規(guī)定使用條件下、規(guī)定使用期內(nèi)，長期保持性能的能力。[T/CSAEXX-1—201X，定義3.8條]3.9飽和水汽壓saturationvapourpressure在恒定溫度條件下，當(dāng)給定體積空氣中的水分不能再增加時(shí)的水汽壓。[T/CSAEXX-1—201X，定義3.9條]3.10水汽分壓力partialvapourpressure在恒定溫度條件下，在給定的體積空氣中，大氣壓力中的水汽壓力部分。[T/CSAEXX-1—201X，定義3.10條]3.11相對(duì)濕度（RH）relativehumidity在恒定溫度條件下，在給定的體積空氣中，水汽分壓力與飽和水汽壓力的比率，用百分?jǐn)?shù)表示。2[T/CSAEXX-1—201X，定義3.11條]23.12實(shí)際濕度achievedhumidity穩(wěn)定后，試驗(yàn)箱工作空間內(nèi)任意點(diǎn)的濕度。[T/CSAEXX-1—201X，定義3.12條]4原理4.1拉伸剪切試驗(yàn)聚合物基復(fù)合材料膠接單搭接試樣的拉伸剪切試驗(yàn)是在平行于粘接面且在試樣主軸方向上施加一拉伸載荷，測出復(fù)合材料單搭接粘接處的剪切強(qiáng)度。4.2十字拉伸試驗(yàn)聚合物基復(fù)合材料十字膠接試樣的拉伸試驗(yàn)是在垂直于粘接面的方向上施加一拉伸載荷，測出復(fù)合材料粘接處的法向拉伸強(qiáng)度。4.3I型開裂試驗(yàn)聚合物基復(fù)合材料雙懸臂梁（DoubleCantileverBeam,DCB）膠接試樣的I型開裂試驗(yàn)是在預(yù)制裂紋的端部，垂直于粘接面的方向上，施加一拉伸載荷，使裂紋沿著膠層勻速擴(kuò)展，測出復(fù)合材料粘接處的張開型（I型）的斷裂韌性和峰值載荷。4.4II型開裂試驗(yàn)聚合物基復(fù)合材料彎曲梁（End-NotchedFlexure,ENF）膠接試樣的II型開裂試驗(yàn)是采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方式，在試樣的中部，垂直于粘接面的方向上，施加一壓縮載荷，使裂紋沿著膠層勻速擴(kuò)展，測出復(fù)合材料粘接處的滑開型（II型）的斷裂韌性和峰值載荷。4.5剝離試驗(yàn)聚合物基復(fù)合材料彎曲膠接試樣的彎曲試驗(yàn)是采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方式，在試樣的中部，垂直于粘接面的方向上，施加一壓縮載荷，測出復(fù)合材料彎曲膠接試樣的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量。4.6耐久性試驗(yàn)聚合物基復(fù)合材料膠接試樣的耐久性試驗(yàn)是測試其在使用條件下長期保持性能的能力，主要包括環(huán)境耐久性試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)。復(fù)合材料膠接接頭環(huán)境耐久性試驗(yàn)主要測試其在光照、溫度、水分、濕熱、鹽霧等環(huán)境影響下的力學(xué)性能變化。復(fù)合材料膠接接頭疲勞試驗(yàn)主要測試其在重復(fù)受到載荷作用下的疲勞強(qiáng)度。5試驗(yàn)設(shè)備5.1微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)機(jī)應(yīng)該滿足試驗(yàn)要求，并在整個(gè)試驗(yàn)過程中保持恒定的加載速率，試驗(yàn)機(jī)載荷誤差不應(yīng)超過±1%。試驗(yàn)機(jī)應(yīng)配置一副可自動(dòng)調(diào)心的夾具。加載拉伸載荷時(shí)，夾具及其附件與試樣無相對(duì)移動(dòng)，保證試樣長軸與施力方向一致，并與夾具中心線保持一致。試驗(yàn)機(jī)使用噸位的選擇應(yīng)參照該機(jī)的說明書。試驗(yàn)機(jī)定期經(jīng)具有相應(yīng)資格的計(jì)量部門進(jìn)行校準(zhǔn)。注：應(yīng)避免夾具與膠接試樣由螺栓固定產(chǎn)生附加的應(yīng)力集中。5.2疲勞試驗(yàn)機(jī)3試驗(yàn)機(jī)機(jī)架應(yīng)具有足夠的剛度和試驗(yàn)空間，便于裝卸試樣、試樣夾具、附具以及試驗(yàn)機(jī)附件和標(biāo)準(zhǔn)測力儀。試驗(yàn)機(jī)應(yīng)能夠產(chǎn)生正弦循環(huán)力，施加和卸載力的過程中應(yīng)平穩(wěn)，無沖擊和振動(dòng)現(xiàn)象。試驗(yàn)機(jī)應(yīng)具有測力系統(tǒng)和力指示裝置，能夠?qū)崟r(shí)連續(xù)地指示施加到試樣上的力值。試驗(yàn)機(jī)其他技術(shù)要求應(yīng)符合JB/T9397-2013中第4章的規(guī)定。35.3高低溫環(huán)境箱試驗(yàn)箱的工作室內(nèi)壁應(yīng)由耐熱且不易氧化和具有一定強(qiáng)度的材料制成。試驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)可以為兩個(gè)單獨(dú)的腔室或一個(gè)具有快速溫度變化功能的腔室。如果使用兩個(gè)腔室，則其中一個(gè)用于低溫，另外一個(gè)用于高溫，而且應(yīng)允許在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將試樣從一個(gè)腔室轉(zhuǎn)移到另一個(gè)腔室，可以使用手動(dòng)或自動(dòng)轉(zhuǎn)移方法。保溫材料應(yīng)能耐高溫并具有阻燃性能。保溫層應(yīng)能夠保證試驗(yàn)箱外部易觸及部位的溫度在高溫試驗(yàn)時(shí)不高于50℃，在低溫試驗(yàn)及環(huán)境溫度為15℃~35℃、相對(duì)濕度≤85%時(shí)不應(yīng)有凝露現(xiàn)象。加熱和制冷部件的熱量和冷量不應(yīng)直接輻射到試樣上。試驗(yàn)箱應(yīng)具有測溫系統(tǒng)，并能夠顯示溫度數(shù)值，同時(shí)應(yīng)設(shè)有觀察窗和照明裝置。試驗(yàn)箱的使用條件應(yīng)符合GB/T10592-2008中第4章的規(guī)定。5.4濕熱試驗(yàn)箱試驗(yàn)箱的工作室內(nèi)壁應(yīng)由耐腐蝕材料制成，且表面易于清潔。凝結(jié)水不允許滴落在工作空間內(nèi)，且應(yīng)連續(xù)排除，未經(jīng)處理不得作為加濕用水。試驗(yàn)箱應(yīng)具有測溫和測濕系統(tǒng)，并能夠顯示溫度和濕度數(shù)值，同時(shí)應(yīng)設(shè)有觀察窗和照明裝置。當(dāng)進(jìn)入高溫高濕階段后，每1min測量工作室內(nèi)所有溫濕度點(diǎn)一次，并實(shí)時(shí)顯示測量結(jié)果。試驗(yàn)箱的使用條件應(yīng)符合GB/T10586-2006中第4章的規(guī)定。5.5鹽霧試驗(yàn)箱試驗(yàn)箱的工作室內(nèi)壁應(yīng)由耐鹽霧腐蝕的材料制成。試驗(yàn)箱內(nèi)溫度波動(dòng)度不大于1℃。工作室內(nèi)的鹽霧沉降率為（1.0~2.0）mL/（h·80cm2）。試驗(yàn)箱應(yīng)設(shè)有鹽霧沉降量指示裝置。噴霧器產(chǎn)生的鹽霧應(yīng)微小分散、濕潤、濃密，鹽霧不應(yīng)直接噴射到試樣上。試驗(yàn)箱應(yīng)設(shè)有溫度調(diào)節(jié)和指示裝置。試驗(yàn)箱的使用條件應(yīng)符合GB/T10587-2006中第4章的規(guī)定。6評(píng)價(jià)步驟6.1試樣聚合物基復(fù)合材料膠接試樣包括拉伸剪切試樣、十字拉伸試樣、I型開裂試樣、II型開裂試樣和彎曲試樣，試樣的形狀尺寸、制備和質(zhì)量應(yīng)符合T/CSAEXX-2的規(guī)定。6.2膠接靜態(tài)力學(xué)性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)條件應(yīng)符合T/CSAEXX-3的規(guī)定。聚合物基復(fù)合材料膠接的力學(xué)性能包括：（a）拉伸剪切強(qiáng)度（b）拉伸強(qiáng)度（c）I型斷裂韌性（d）II型斷裂韌性（e）彎曲強(qiáng)度6.3膠接耐久性評(píng)價(jià)試驗(yàn)條件應(yīng)符合T/CSAEXX-4的規(guī)定。耐久性試驗(yàn)方法包括：4（a）溫度特性試驗(yàn)4（b）熱沖擊試驗(yàn)（c）溫度/濕度循環(huán)試驗(yàn)（d）濕熱試驗(yàn)（e）鹽霧試驗(yàn)（f）疲勞試驗(yàn)附錄A（資料性附錄）膠接結(jié)構(gòu)界面內(nèi)聚力本構(gòu)模型A.1內(nèi)聚力模型本構(gòu)關(guān)系材料內(nèi)部的內(nèi)聚力實(shí)質(zhì)上是物質(zhì)原子或分子之間的相互作用力，這個(gè)力與原子之間拉開的距離有一定的關(guān)系，所以內(nèi)聚力區(qū)域中裂紋面上的各向應(yīng)力可以定義為裂紋尖端分離位移的函數(shù)（圖A.1），這個(gè)關(guān)系稱為開裂界面上的張力位移關(guān)系，或稱之為內(nèi)聚力模型的本構(gòu)關(guān)系，即開裂過程產(chǎn)生新的裂紋面所需要的能量稱為斷裂能釋放率，計(jì)算表達(dá)式為圖A.1裂紋尖端的內(nèi)聚力區(qū)5對(duì)于不同的材料和界面形式，已經(jīng)發(fā)展出多種內(nèi)聚力本構(gòu)關(guān)系，其中牽引分離法則（TSL）是大多數(shù)本構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)，常用的TSL模型有多項(xiàng)式關(guān)系（圖A.2（a）所示）、指數(shù)關(guān)系（圖A.2（b）所示）、梯形關(guān)系（圖A.2（c）所示）和雙線性關(guān)系（圖A.2（d）所示）。5圖A.2典型的牽引分離TSL關(guān)系A(chǔ).2雙線性內(nèi)聚力模型雙線性法則是一種簡單有效的內(nèi)聚力本構(gòu)模型，模型中應(yīng)用的主要參數(shù)包括初始剛度、各向最大應(yīng)力值、臨界張開最大位移和斷裂能釋放率，其中最重要的最大應(yīng)力值和斷裂能釋放率，當(dāng)這兩個(gè)參數(shù)確定時(shí)，內(nèi)聚力模型的牽引分離曲線將基本確定，這是因?yàn)榍€的峰值點(diǎn)是由最大應(yīng)力值決定的，曲線的面積由斷裂能釋放率的數(shù)值決定。圖A.3給出了雙線性本構(gòu)的具體關(guān)系。內(nèi)聚力單元的初始剛度由界面材料的模量和初始界面厚度決定，表示為：66在內(nèi)聚力模型的實(shí)際應(yīng)用中，往往不是單一載荷作用，因此損傷初始準(zhǔn)則需要考慮法向n和兩個(gè)切向s、t的混合破壞，將內(nèi)聚力單元的正應(yīng)變和兩個(gè)切應(yīng)變、定義為：當(dāng)界面張開位移達(dá)到臨界張開位移時(shí)，應(yīng)力取得最大值，如圖89中點(diǎn)2位置所示；隨著界面張開位移的增加，內(nèi)聚力單元按照退化系數(shù)（或稱為損傷因子）進(jìn)行剛度退化，到達(dá)界面開裂最大位移時(shí)，內(nèi)聚力單元完全失效。圖89中0-2-4圍成的面積等于臨界斷裂能釋放率，反映了界面開裂物理過程中裂紋的斷裂韌性，因此可以通過Ⅰ、Ⅱ型開裂實(shí)驗(yàn)獲得界面的斷裂能釋放率。內(nèi)聚力單元在初始線性段的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可以表示為：當(dāng)時(shí)，進(jìn)入剛度退化階段，內(nèi)聚力單元的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可以表示為：7圖A.3雙線性內(nèi)聚力模型本構(gòu)關(guān)系7A.3損傷初始準(zhǔn)則在界面開裂的有限元模擬中，一般采用基于強(qiáng)度理論的損傷初始階段，包括基于應(yīng)力和基于應(yīng)變的兩大類，具體見表A.1。表A.1內(nèi)聚力損傷初始準(zhǔn)則損傷初始準(zhǔn)則名稱損傷初始準(zhǔn)則表達(dá)式最大名義應(yīng)力準(zhǔn)則二次名義應(yīng)力準(zhǔn)則最大名義應(yīng)變準(zhǔn)則二次名義應(yīng)變準(zhǔn)則A.4損傷演化準(zhǔn)則內(nèi)聚力單元滿足損傷初始判據(jù)后，將開始發(fā)生損傷演化，表現(xiàn)為界面層材料的剛度退化。損傷演化常用以下基于能量的混合準(zhǔn)則：①Reeder準(zhǔn)則其中，、和為三個(gè)方向的斷裂能釋放率，、和為三個(gè)方向的臨界斷裂能釋放率，為冪因子，可以根據(jù)開裂試驗(yàn)的數(shù)據(jù)擬合獲得。這一準(zhǔn)則中考慮了的情況。8②二次冪指數(shù)準(zhǔn)則8③B-K準(zhǔn)則在這一準(zhǔn)則中認(rèn)為第一切向和第二切向的臨界斷裂能釋放率相等，即。99參考文獻(xiàn)DugdaleDS.Yieldingofsteelsheetsco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