GB/T 46220-2025 纤维增强塑料复合材料I型疲劳分层扩展起始的试验方法

　　ICS 83. 120 CCS Q 23

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 46220—2025

　　纤维增强塑料复合材料 Ⅰ 型疲劳分层扩展起始的试验方法

　　Testmethod formode Ⅰ fatiguedelamination growth onsetof

　　fiber-reinforcedplasticcomposites

　　2025-08-29发布 2026-03-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 46220—2025

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国建筑材料联合会提出 。

　　本文件由全国纤维增强塑料标准化技术委员会(SAC/TC39)归 口 。

　　本文件起草单位 :重庆大学 、河北工业大学 、天津爱思达新材料科技有限公司 、北京航空航天大学 、中国航发北京航空材料研究院 、中国科学院宁波材料技术与工程研究所 、北京玻钢院检测中心有限公司 、中国飞机强度研究所 、北京玻璃钢研究设计院有限公司 。

　　本文件主要起草人 :龚愉、赵丽滨、刘千、韩宇、刘丰睿、王雅娜、高原、祝颖丹、张建宇、王绥安、丁常方、杨节标 、杨胜春 、徐海兵 、亓新新 、张为军 。

　　Ⅰ

　　GB/T 46220—2025

　　纤维增强塑料复合材料 Ⅰ 型疲劳

　　分层扩展起始的试验方法

　　1 范围

　　本文件描述了纤维增强塑料复合材料 Ⅰ 型疲劳分层扩展起始试验的原理 、试验设备 、试样 、试验条件 、试验步骤 、计算和试验报告 。

　　本文件适用于单向纤维增强塑料复合材料的 Ⅰ 型疲劳分层扩展起始性能测定 。二维织物 、多向纤维增强塑料复合材料的 Ⅰ 型疲劳分层扩展起始性能测定参照执行 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 1446 纤维增强塑料性能试验方法总则

　　GB/T 3961 纤维增强塑料术语

　　GB/T 28891—2012 纤维增强塑料复合材料 单向增强材料 Ⅰ 型层间断裂韧性 GⅠC 的测定

　　3 术语和定义

　　GB/T 3961和 GB/T 28891—2012界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　疲劳分层扩展起始 onsetoffatiguedelamination growth

　　Na

　　从嵌入物处分层开始扩展前所经历的疲劳循环次数 。

　　3.2

　　Ⅰ 型疲劳循环最大应变能释放率 maximum or peak strain energy release rate ofmode Ⅰ fatigue

　　delamination

　　GImax

　　一个循环内 ,应变能释放率的最大值 。

　　4 原理

　　采用 GB/T 28891—2012 中规定的双悬臂梁(DCB) 试样 ,在不同的 Ⅰ 型疲劳循环最大应变能释放率 GImax下 , 以一定的加载频率和恒定的应力比 R 对试样施加疲劳位移载荷 ,记录试样的疲劳裂纹扩展起始 Na,得到 GImax-Na 曲线 。

　　5 试验设备

　　试验设备要求与 GB/T 28891—2012中规定的一致 。

　　1

　　GB/T 46220—2025

　　6 试样

　　6. 1 试样形状及尺寸

　　试样形状及尺寸按照 GB/T 28891—2012执行 。试样如图 1所示 。

　　a) 采用琴式铰链 DCB试样 b) 采用加载块 DCB试样标引序号说明 :

　　1— 琴式铰链 ; a0 — 初始分层长度 ;

　　2— 加载方向 ; b — 试样宽度 ;

　　3— 嵌入物 ; L — 试样长度 ;

　　4— 纤维方向 ; 2h — 试样厚度 。

　　5— 加载块 ;

　　图 1 采用琴式铰链和加载块的 DCB试样

　　6.2 试样数量

　　获取 GImax-Na完整曲线的有效试样应不少于 12件 。

　　7 试验条件

　　7. 1 实验室标准环境条件

　　实验室标准环境条件按照 GB/T 1446的规定执行 。

　　7.2 试样状态调节

　　试验前 ,试样在实验室标准环境条件下至少放置 24h。

　　8 试验步骤

　　8. 1 试验准备

　　8. 1. 1 试验应在标准条件[温度(23±2) ℃ ,相对湿度(50±10) %]下进行 。

　　8. 1.2 按照 GB/T 28891—2012 的规定 ,将试样安装到试验机夹具中 。如有可能 ,对试样端部进行支撑 , 以保持试样垂直于加载方向 。

　　2

　　GB/T 46220—2025

　　8. 1.3 试验准备的更多要求按照 GB/T 28891—2012中 B. 4 的规定执行 。

　　8.2 静力分层试验

　　在进行疲劳分层扩展起始试验前 ,需要进行相同试样的静力分层试验 ,获得 Ⅰ 型层间断裂韧性 GIC和嵌入物末端 处 发 生 分 层 扩 展 时 所 对 应 临 界 位 移 δcr 。 静 力 分 层 试 验 的 试 验 步 骤 和 数 据 处 理 按 照GB/T 28891—2012执行 。

　　8.3 疲劳分层扩展起始试验

　　8.3. 1 确定并记录初始分层长度 a0 。若不易观察到初始分层 ,可施加不超过平均循环位移δmean 的一个小位移 , 以便确定初始分层 ;也可在试验结束后将试样打开进行确定 。

　　8.3.2 按试验要求选择波形和试验频率 。试验波形一般采用正弦波 ,试验频率推荐为 1 Hz~ 10 Hz。

　　8.3.3 按试验目的确定应力比 ,应力比不宜小于 0. 1。

　　8.3.4 测定 GImax-Na时 。一般至少选取 4个 GImax水平 。选取 GImax水平的方案如下 :

　　a) 第一个水平以 102 循环次数为目标 ;

　　b) 第二个水平以 103 循环次数为目标 ;

　　c) 第三个水平以 104 循环次数为目标 ;

　　d) 第四个水平以 105 循环次数为目标 。

　　应(8).5比 和最大循环位移(第一次试验时可)δ(以)m选ax分(定)别(G)计Ima小循(0%)[环(G)I位(C)]a移(v)。δin和(大)平(循)均(环)循(位)环(移)位(δm)移axδ(通)ea。式(1)确定 。根据选定的

　　…………………………( 1 )

　　式中 :

　　δmax — 最大循环位移 ,单位为毫米(mm) ;

　　[δcr] av — 静力分层试验中嵌入物末端处发生分层扩展时所对应临界位移的平均值 ,单位为毫

　　米(mm) ;

　　GImax — Ⅰ 型疲劳循环最大应变能释放率 ,单位为千焦每平方米(kJ/m2 ) ;

　　[GIC] av — Ⅰ 型层间断裂韧性的平均值 ,单位为千焦每平方米(kJ/m2 ) 。

　　8.3.6 开始疲劳试验 ,测量并记录最大循环载荷 Pmax、最大循环位移δmax、试样柔度 C 以及对应的疲劳循环次数 N。

　　8.3.7 通过监测试样柔度变化来确定疲劳分层扩展起始 。如果在试验过程中不能确定柔度值 ,则应在平均循环位移时停止试验 ,卸载至最小循环位移 ,记录位移与载荷的关系曲线 。然后将试样重新加载到平均循环位移 ,继续进行疲劳试验 。

　　8.3. 8 绘制试样柔度-疲劳循环次数关系 ,如图 2 所示 ,柔度相比初始值增加 5%时对应的疲劳循环次数作为 Na。

　　3

　　GB/T 46220—2025

　　图 2 柔度-疲劳循环次数关系

　　8.3.9 当出现以下现象时停止试验 :

　　a) 柔度增加到初始值的 105%以上 ;

　　b) 试验已超过规定的目标循环数 。

　　9 计算

　　9. 1 Ⅰ 型疲劳循环最大应变能释放率 GImax计算

　　根据 GB/T 28891—2012, Ⅰ 型疲劳循环最大应变能释放率通过公式(2)确定 。

　　GImax …………………………( 2 )

　　式中 :

　　GImax— Ⅰ 型疲劳循环最大应变能释放率 ,单位为千焦每平方米(kJ/m2 ) ;

　　b — 试样宽度 ,单位为毫米(mm) ;

　　δ(P)max(ma)x —————— 首个疲劳循环(首个疲劳循环)((N(N)1(1))) 对应的最大循环位移(对应的最大循环载荷) ,,单位为毫(单位为牛)米(N()m;m) ;

　　a|Δ|av————— ,Δ(单)的(位)平(为)均(毫)值(米)(,单位(mm)) 为;毫米(mm) 。

　　9.2 GImax-Na 曲线绘制

　　在单对数坐标系下 ,纵坐标为 GImax ( 自变量) ,横坐标为 Na (因变量) ,绘制得到的 GImax-Na 曲线如图 3所示 。

　　4

　　GB/T 46220—2025

　　图 3 GImax-Na 曲线

　　10 试验报告

　　试验报告应包括下列内容 :

　　a) 本文件编号 ;

　　b) 标示测试材料所必需的详细信息(例如 ,材料种类 、纤维材料 、聚合物材料) ;

　　c) 试样数量 、试验日期和试验室 ;

　　d) 每个试样在试板上的位置 ;

　　e) 每个试样的平均厚度 、平均宽度 、沿长度方向的最大厚度偏差和长度 ,使用的嵌入物材料及其厚度和长度 ,如果嵌入物长度两侧边尺寸的测量值相差超过 1 mm ,需注明 ;

　　f) 初始嵌入薄膜和脱模剂类型 ;

　　g) 试验环境条件和状态调节环境条件 ;

　　h) 使用的加载装置的类型(琴式铰链或加载块) 、几何尺寸及表面处理方法 ,与试样粘接的胶黏剂(如果使用) ;

　　i) 应力比 、加载频率和波形 ;

　　j) 每个试样的疲劳循环最大位移 、疲劳循环最大应变能释放率 、疲劳分层扩展起始循环数 ;

　　k) GImax-Na 曲线 ;

　　l) 试验时可能影响试验过程和试验结果的异常现象(例如 ,预制裂纹或分层与试样中面的偏离 、卸载或嵌入物粘接后的永久变形) 。

　　5