ICSXX.XXX.XX

XXX

團體標準

T/CSTMXXXXX-201X

纖維增強聚合物基復(fù)合材料層合板沖擊后

壓縮性能試驗方法

TestMethodforCompressionAfterImpactPropertiesofFiberReinforced

PolymerMatrixCompositeLaminates

201X-XX-XX發(fā)布201X-XX-XX實施

中關(guān)村材料試驗技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布

T/CSTMXXXXX-2019

纖維增強聚合物基復(fù)合材料層合板沖擊后壓縮性能試驗方法

1范圍

本標準規(guī)定了纖維增強塑料層合板沖擊后壓縮性能試驗的方法原理、試樣、試驗條件、試驗設(shè)備、

試驗步驟、結(jié)果計算和試驗報告。

本標準適用于測定連續(xù)纖維增強的、具有多個纖維方向的、均衡對稱或典型鋪層的聚合物基復(fù)合材

料層合板的沖擊后壓縮強度、模量和破壞應(yīng)變的測定。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T1446纖維增強塑料性能試驗方法總則

GB/T3961纖維增強塑料術(shù)語

GJB5304軍用復(fù)合材料術(shù)語

GB/T21239纖維增強塑料層合板沖擊后壓縮性能試驗方法

3術(shù)語、定義和符號

3.1術(shù)語和定義

GB/T3961和GJB5304中確立的以及下列術(shù)語和定義適用于本標準。

3.1.1固化后單層名義厚度nominalcuredplythickness

通過計算得到的復(fù)合材料層合板的單層厚度，數(shù)值上等于纖維材料面密度除以纖維材料體積密度和

纖維體積含量之積。

3.1.2條件沖擊能量specifiedimpactenergy

使材料出現(xiàn)客戶指定深度的凹坑所需的沖擊能量，通常取指定凹坑深度為1mm。

3.1.3沖擊能量截止值impactenergythreshold

由客戶根據(jù)材料使用工況確定的最大沖擊能量值，是一種特殊的條件沖擊能量。

3.1.4沖擊能量對子coupleofimpactenergy

升降法確定條件沖擊能量時，相鄰的沖擊能量水平之間凹坑深度小于指定深度和大于指定深度的一

對沖擊能量。

3.2符號

下列符號適用于本標準。

1

T/CSTMXXXXX-2019

i、j、k——復(fù)合材料層合板中某一單層重復(fù)連續(xù)鋪貼的次數(shù)；

n——n為復(fù)合材料層合板鋪設(shè)對稱面一側(cè)子層合板重復(fù)鋪貼的次數(shù)；

S——表示對稱層合板，復(fù)合材料子層合板重復(fù)鋪貼n次后，再進行對稱鋪貼。

4方法原理

矩形試樣沿厚度方向在試樣中心受到一定能量的沖擊后，對試樣沿長度方向施加壓縮載荷，直到試

樣失效。

5試樣

5.1試樣形狀及尺寸

標準試樣形狀及長、寬尺寸見圖1。除非另有規(guī)定，試樣長、寬尺寸公差為±0.25mm。

單位為毫米

壓縮方向

圖1沖擊后壓縮試樣

5.2試樣厚度

標準試樣厚度為4.0mm～6.0mm，盡可能使試樣厚度接近5.0mm。

5.3層合板的鋪層方式

5.3.1單向?qū)雍习?/p>

鋪層順序為[45/0/-45/90]ns，其中n為整數(shù)。如果預(yù)計的厚度值小于4.0mm，則n值應(yīng)變?yōu)閚+1。

針對不同的固化后單層名義厚度推薦了層合板的鋪層方式，見表1。層合板的0°纖維方向與試樣長度方

向相一致。

2

T/CSTMXXXXX-2019

表1對不同的固化后單層名義厚度推薦的單向預(yù)浸帶層合板鋪層方式

固化后單層名義厚度，mm

層數(shù)鋪層

最小值最大值

0.0850.1048[45/0/-45/90]6S

0.100.1340[45/0/-45/90]5S

0.130.1832[45/0/-45/90]4S

0.180.2524[45/0/-45/90]3S

0.250.5016[45/0/-45/90]2S

0.500.758[45/0/-45/90]S

5.3.2機織物層合板

鋪層順序則為[(45/-45)/(0/90)]ns，其中n為整數(shù)。如果預(yù)計的厚度小于4.0mm，則n值應(yīng)變?yōu)閚+1。

記號(45/-45)和(0/90)表示機織物單層。除非另有規(guī)定，含緞紋織物的層合板應(yīng)具有對稱的經(jīng)向切面。針

對不同的固化后單層名義厚度推薦了層合板的鋪層方式，見表2。層合板的0°纖維方向與試樣長度方向

相一致。

表2對不同的固化后單層名義厚度推薦的機織物預(yù)浸帶層合板鋪層方式

固化后單層名義厚度，mm

層數(shù)鋪層

最小值最大值

0.0850.1048[(45/-45)/(0/90)]12S

0.100.1340[(45/-45)/(0/90)]10S

0.130.1532[(45/-45)/(0/90)]8S

0.150.1828[(45/-45)/(0/90)]7S

0.180.2024[(45/-45)/(0/90)]6S

0.200.2520[(45/-45)/(0/90)]5S

0.250.3616[(45/-45)/(0/90)]4S

0.360.5012[(45/-45)/(0/90)]3S

0.501.008[(45/-45)/(0/90)]2S

1.001.504[(45/-45)/(0/90)]S

5.3.3其它鋪層方式

層合板應(yīng)有多個纖維方向（對單層為單向纖維的層合板纖維方向至少為3個，對織物層合板至少2

個鋪層方向），它們相對試驗方向是均衡對稱的。通常鋪層方式應(yīng)選擇[45i/0i/-45j/90k]nS單向?qū)雍习寤?/p>

[45i/0j]nS織物層合板，使得纖維在4個主方向上每個方向的分布不少于5%。當考察結(jié)構(gòu)的損傷容限性

能時應(yīng)采用與結(jié)構(gòu)鋪層方式相同的典型鋪層層合板進行試驗。

5.4試樣制備

按照GB/T1446的規(guī)定。

3

T/CSTMXXXXX-2019

5.5試樣數(shù)量

每組有效試樣應(yīng)不少于5個。

6試驗條件

6.1試驗標準環(huán)境條件

試驗標準環(huán)境條件應(yīng)符合GB/T1446的規(guī)定。

6.2沖擊能量

6.2.1推薦沖擊能量

推薦沖擊能量按照公式（1）進行計算。

……（）

Er＝CE?h1

式中：

Er——推薦沖擊能量，J；

CE——規(guī)定的沖擊能量與試樣厚度的比，6.67J/mm；

h——試樣厚度，mm。

6.2.2條件沖擊能量

通過升降法確定條件沖擊能量：用預(yù)估的能產(chǎn)生指定凹坑深度的能量沖擊第一根試樣，若凹坑深度

小于指定深度，則增加一級沖擊能量進行第二根試樣沖擊試驗；若第一根試樣凹坑深度大于指定深度，

則降低一級沖擊能量進行第二根試樣沖擊試驗；依次類推，第三根及以后試樣沖擊能量升或降的選擇均

由上一根試樣試驗結(jié)果確定。各級沖擊能量之間的級差應(yīng)相等，推薦為預(yù)期條件沖擊能量的5%。升降

法部分最終應(yīng)至少出現(xiàn)5對沖擊能量對子。

條件沖擊能量按照公式（2）進行計算。

1

ES=∑(ni?Emi)

N……（2）

N=(ni)………………（3）

1

E=∑(E+E)………（）

mi2ii+14

式中：

N——沖擊能量對子總數(shù)；

ni——第i個沖擊能量對子數(shù)量；

Emi——第i個沖擊能量對子的平均能量值，單位為焦耳（J）；

Ei、Ei+1——沖擊能量對子對應(yīng)的兩個相鄰的沖擊能量，單位為焦耳（J）。

若超過沖擊能量截止值獲得的凹坑深度仍小于指定深度，則將沖擊能量截止值作為條件沖擊能量。

6.3壓縮加載速率

加載速率為1.25mm/min±0.5mm/min。

4

T/CSTMXXXXX-2019

7試驗設(shè)備

7.1落錘沖擊試驗裝置

7.1.1落錘總質(zhì)量為5.5kg±0.25kg，應(yīng)帶有直徑為16mm±0.1mm、硬度為60HRC～62HRC的半球形

光滑沖擊頭。如果試驗使用了不同的沖擊頭，則應(yīng)記錄其形狀、尺寸和質(zhì)量。

7.1.2落錘沖擊頭應(yīng)有導向裝置，沖擊點的重復(fù)性偏差應(yīng)不大于3mm。

7.1.3試驗裝置應(yīng)有防止二次沖擊的裝置。如果沒有防二次沖擊的裝置，可以通過在沖擊頭離開試樣表

面反彈后，用一片剛性材料（木頭、金屬等）插到?jīng)_擊頭和試樣之間，以防止二次沖擊。

7.1.4落錘高度可調(diào)，高度標尺精度為0.5mm。

7.2材料試驗機

試驗機和測試儀表應(yīng)符合GB/T1446的規(guī)定。

7.3沖擊試驗支撐夾具

沖擊試驗支撐夾具上下表面的平行度應(yīng)能夠保證試樣在受沖擊位置水平放置。導向銷必須保證試樣

中心受到?jīng)_擊。鉸接夾及其橡皮頭在試樣受到?jīng)_擊過程中能夠壓緊試樣。沖擊試驗支撐夾具參見附錄A。

7.4沖擊后壓縮試驗夾具

沖擊后壓縮試驗夾具應(yīng)有足夠的剛度和尺寸精度，以保證試樣均勻受壓，并且不會發(fā)生屈曲。沖擊

后壓縮試驗夾具參見附錄B。

8試驗步驟

8.1按照GB/T1446的規(guī)定檢查試樣外觀。

8.2按照GB/T1446的規(guī)定對試樣進行狀態(tài)調(diào)節(jié)。

8.3測量試樣中心點（沖擊點）四周四點的厚度，取平均值；在試樣中心線測量試樣的寬度。測量精

度按照GB/T1446的規(guī)定。

8.4按照第6章的規(guī)定計算對試樣中心施加的沖擊能量，將試樣放在沖擊試驗支撐夾具上，使沖擊頭

對準試樣中心，試樣四個角壓頭處墊上硬橡膠并固緊。沖擊高度按照公式（5）進行計算。按照計算的

沖擊高度對試樣進行沖擊試驗。

E

H＝

m?g……（5）

式中：

H——沖擊高度，m；

E——沖擊能量（推薦沖擊能量或條件沖擊能量），J；

m——試樣質(zhì)量，kg；

g——重力加速度，9.81m/s2。

8.5測量并記錄沖擊表面和背面損傷狀況，包括沖擊坑尺寸和背面的裂紋形狀、尺寸。若需要可用無

損檢測方法測量和記錄分層面積。

8.6按照圖1所示背對背粘貼軸向應(yīng)變片。

8.7將試樣安裝在壓縮試驗夾具中，施加初載，檢查四個應(yīng)變片的應(yīng)變值，調(diào)整夾具，以保證軸向應(yīng)

力傳遞均勻。每個背靠背應(yīng)變計的位置在施加最大力時的彎曲百分數(shù)按照公式（6）確定。

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T/CSTMXXXXX-2019

ε?ε

By=12×100…………（6）

ε1+ε2

式中：

By——彎曲百分數(shù)，％；

ε1——一個面上兩個應(yīng)變計的指示應(yīng)變的平均值；

ε2——背面兩個應(yīng)變計的指示應(yīng)變的平均值。

彎曲百分數(shù)的正負號表明了試樣彎曲的方向。試件兩表面應(yīng)變計讀數(shù)快速偏離或彎曲百分數(shù)迅速增

大預(yù)示了層合板開始失穩(wěn)，如果出現(xiàn)其中任何一種情況，或施加最大載荷時的彎曲百分數(shù)超過10%，

則要檢查夾具、試件和加載平臺，以找出可能引發(fā)試件彎曲的情況，如存在間隙、緊固件松動或平臺不

對中。應(yīng)松開夾具螺栓，調(diào)節(jié)側(cè)板和滑動板及平臺，以盡可能減小層合板在壓縮載荷下的彎曲。

8.8按照規(guī)定的速率對試件加載直至達到最大值，并且載荷掉落至距最大值約30%時，終止試驗，以

防止真實的破壞模式被大范圍的畸變所遮蔽，同時也防止損壞支持夾具。記錄試驗過程中的時間、位移

（應(yīng)變）、載荷等數(shù)值。

9結(jié)果計算

9.1沖擊后壓縮強度按照公式（7）計算。

σ=P/bh

CAI…………（7）

式中：

σ

CAI——沖擊后壓縮強度，MPa；

P——最大壓縮載荷，N；

b——試樣寬度，mm；

h——試樣厚度，mm。

9.2壓縮模量按照公式（8）計算。

=30001000…………（）

CAI()8

????3000?????1000

??????????????

3000——接近3000微應(yīng)變記錄的應(yīng)變值；????

——接近1000微應(yīng)變記錄的應(yīng)變值；

????1000

P——對應(yīng)的載荷值，N；

????30003000

P——對應(yīng)的載荷值，N；

1000????1000

A——試樣的橫截面積，mm2。

????

9.3沖擊后壓縮破壞應(yīng)變?yōu)闆_擊后壓縮強度對應(yīng)的應(yīng)變值，該應(yīng)變值數(shù)值上等于圖1所示四個應(yīng)變計

所測應(yīng)變的平均值。

9.4按照GB/T1446的規(guī)定計算平均值、標準差和離散系數(shù)。

10試驗報告

試驗報告應(yīng)包括下列內(nèi)容：

6

T/CSTMXXXXX-2019

a）試驗項目和名稱；

b）材料牌號、規(guī)格、鋪層方式和纖維體積含量；

c）材料來源；

d）試樣編號、尺寸和數(shù)量；

e）試驗溫度和相對濕度；

f）試驗設(shè)備；

g）沖擊頭尺寸和質(zhì)量、沖擊能量；

h）試驗結(jié)果單個值、平均值和標準差；

i）試驗人員和日期；

j）其它。

_________________________________

7

T/CSTMXXXXX—2019

前言

本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。

本標準由中國材料與試驗團體標準委員會航空材料領(lǐng)域委員會提出。

本標準由中國材料與試驗團體標準委員會航空材料領(lǐng)域委員會歸口。

I

T/CSTMXXXXX-2019

纖維增強聚合物基復(fù)合材料層合板沖擊后壓縮性能試驗方法

1范圍

本標準規(guī)定了纖維增強塑料層合板沖擊后壓縮性能試驗的方法原理、試樣、試驗條件、試驗設(shè)備、

試驗步驟、結(jié)果計算和試驗報告。

本標準適用于測定連續(xù)纖維增強的、具有多個纖維方向的、均衡對稱或典型鋪層的聚合物基復(fù)合材

料層合板的沖擊后壓縮強度、模量和破壞應(yīng)變的測定。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T1446纖維增強塑料性能試驗方法總則

GB/T3961纖維增強塑料術(shù)語

GJB5304軍用復(fù)合材料術(shù)語

GB/T21239纖維增強塑料層合板沖擊后壓縮性能試驗方法

3術(shù)語、定義和符號

3.1術(shù)語和定義

GB/T3961和GJB5304中確立的以及下列術(shù)語和定義適用于本標準。

3.1.1固化后單層名義厚度nominalcuredplythickness

通過計算得到的復(fù)合材料層合板的單層厚度，數(shù)值上等于纖維材料面密度除以纖維材料體積密度和

纖維體積含量之積。

3.1.2條件沖擊能量specifiedimpactenergy