GB/T 43938.2-2024 碳纤维增强复合材料薄壁管件力学性能试验方法 第2部分：压缩试验

　　ICS 83. 120 CCS Q 23

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 43938.2—2024

　　碳纤维增强复合材料薄壁管件力学性能试验方法 第 2 部分:压缩试验

　　Testmethod formechanicalpropertiesofthin-walled tubeof carbon fiberreinforced composite—Part2:Compressivetesting

　　2024-04-25发布 2024-08-01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 43938.2—2024

　　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 。

　　本文件是 GB/T 43938《碳 纤 维 增 强 复 合 材 料 薄 壁 管 件 力 学 性 能 试 验 方 法 》的 第 2 部 分 。

　　GB/T 43938已经发布了以下部分 :

　　— 第 1部分 :拉伸试验 ;

　　— 第 2部分 :压缩试验 。

　　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 。

　　本文件由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会(SAC/TC425) 和全国碳纤维标准化技术委员会(SAC/TC572)共同提出并归 口 。

　　本文件起草单位 :北京卫星制造厂有限公司 、西安航天复合材料研究所 、宁波中科祥龙轻量化科技有限公司 、嘉兴睿创新材料有限公司 、宁波科宇航天电子科技有限公司 、中国航天标准化研究所 、上海复合材料科技有限公司 、航天材料及工艺研究所 、西安空间无线电技术研究所 、廊坊市飞泽复合材料科技有限公司 、湖南星途航空航天器制造有限公司 。

　　本文件主 要 起 草 人 : 刘 丽 霞 、王 洋 、田 桂 芝 、马 强 、马 小 飞 、黎 昱 、刘 佳 、曾 金 芳 、闫 光 强 、陈 维 强 、蒋明霞 、吴斌 、王甜甜 、田杰 、顾栩涵 、盛涛 、荣健 、回天力 、黄汝超 、张浩 、周燕明 、王震 、沈芳珍 、辛朝波 、王熔 。

　　Ⅰ

　　GB/T 43938.2—2024

　　引 言

　　碳纤维增强复合材料薄壁管件因其轻质 、高强等优异性能在航空 、航天 、船舶 、汽车 、运动用品等行业应用越加广泛 。GB/T 43938 旨在规范该类产品的力学性能试验方法 ,拟由两个部分构成 。

　　— 第 1部分 :拉伸试验 。 目的在于进一步规范碳纤维增强复合材料薄壁管件的拉伸试验方法 。

　　— 第 2部分 :压缩试验 。 目的在于进一步规范碳纤维增强复合材料薄壁管件的压缩试验方法 。

　　Ⅱ

　　GB/T 43938.2—2024

　　碳纤维增强复合材料薄壁管件力学性能试验方法 第 2 部分:压缩试验

　　1 范围

　　本文件规定了碳纤维增强复合材料薄壁管件轴向压缩性能试验的试样 、试验条件 、仪器设备 、试验步骤 、数据处理和试验报告等 。

　　本文件适用于测定壁厚不大于 1 mm ,公称直径小于 50 mm 的纤维增强复合材料薄壁管件的轴向压缩强度和轴向压缩弹性模量 ,其他纤维增强复合材料薄壁管件参照使用 。

　　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—2005 纤维增强塑料性能试验方法总则

　　GB/T 7124 胶粘剂 拉伸剪切强度的测定(刚性材料对刚性材料)

　　3 术语和定义

　　本文件没有需要界定的术语和定义 。

　　4 试样

　　4. 1 试样型式

　　试样型式按图 1规定进行 。

　　1

　　2

　　GB/T

　　

　　43938.2—2024

　　

　　标引序号说明 :

　　1— 内套筒 ;

　　2— 压缩外套筒 ;

　　3— 管件试件 ;

　　4— 胶层 。

　　图 1 压缩试样型式

　　4.2 管件试件

　　4.2. 1 管件试件的型式按图 2 规定进行 ,尺寸应满足表 1 的要求 。管件试件两端端面平行度应不大于0. 05 mm ,端面与轴线垂直度应不大于 0. 05 mm。

　　标引序号说明 :

　　D — 管件试件外径 ;

　　d — 管件试件内径 ;

　　L — 有效测试段长度 ;

　　l — 夹持段长度 ;

　　B — 基准面 。

　　图 2 管件试件型式

　　表 1 管件试件尺寸

　　单位为毫米

　　有效测试段长度(L)

　　两端夹持段长度(l)

　　30. 0±0. 2

　　150. 0±0. 5

　　GB/T 43938.2—2024

　　4.2.2 管件试件应 从 产 品 上 直 接 截 取 或 同 批 次 随 炉 件 上 截 取 , 其 材 料 、铺 层 方 式 应 与 对 应 产 品 状 态一致 。

　　4.2.3 管件试件表面应无可见机械损伤 ,加工时不应使管件试件产生分层 、刻痕和局部挤压等机械损伤 。机加后管件试件端面应平整 ,表面无可见机械损伤 。

　　4.3 内套筒

　　4.3. 1 内套筒型式按图 3规定进行 ,尺寸应满足以下要求 :

　　a) 内套筒胶接段直径(d1 )与管件试件内径(d)单边配合间隙为(0. 2±0. 1) mm;

　　b) 胶接段长度(H1 )与管件试件夹持段长度(l)相同 ;

　　c) 内套筒壁厚(σ)为 2 mm~ 5 mm;

　　d) 配合高度(h1 )为 3 mm~ 5 mm;

　　e) 装配段外径(D2 )大于管件试件外径(D)2 mm~ 6 mm。

　　标引序号说明 :

　　d1 — 内套筒胶接段直径 ;

　　d2 — 内套筒内径 ;

　　H1 — 胶接段长度 ;

　　h1 — 配合高度 ;

　　D1 — 装配段外径 ;

　　σ — 内套筒壁厚 。

　　图 3 内套筒型式

　　4.3.2 内套筒宜选用牌号为 2A12T4状态的铝合金制备 。胶接前应进行表面处理 ,宜采用磷酸阳极化处理 。

　　4.4 外套筒

　　4.4. 1 压缩外套筒型式按图 4规定进行 ,尺寸应满足以下要求 :

　　a) 压缩外套筒内径(D4 )与管件试件外径(D)单边配合间隙为(0. 2±0. 1) mm;

　　b) 胶接段长度(H1 )与管件试件夹持段长度(l)相同 ;

　　c) 配合高度(h1 )与内套筒配合高度(h1 )相同 ;

　　d) 装配段外径(D2 )大于内套筒装配段外径(D1 )0. 2 mm~0. 3 mm;

　　e) 压缩外套筒外径(D3 )大于管件试件外径(D)10 mm~ 15 mm。

　　3

　　4

　　GB/T

　　

　　43938.2—2024

　　

　　标引序号说明 :

　　D2 — 装配段外径 ;

　　h1 — 配合高度 ;

　　D3 — 压缩外套筒外径 ;

　　D4— 压缩外套筒内径 ;

　　H1— 胶接段长度 。

　　图 4 压缩外套筒型式

　　4.4.2 外套筒宜选用牌号为 2A12T4状态的铝合金制备 。胶接前应进行表面处理 ,宜采用磷酸阳极化处理 。

　　4.5 试样制备

　　4.5. 1 试样内 、外套筒与管件试件采用胶接方式连接为一体 。

　　4.5.2 管件试件与试样内 、外套筒胶接前 ,在管件试件两端面的 4个等间隔处测量管件的内径 ,取其平均值为平均内径 ,并记录 。

　　4.5.3 在管件试件有效测试段 3个不同截面的位置上 ,用游标卡尺分别测量相互垂直的两个方向上外径 ,取其平均值为平均外径 ,并记录 。

　　4.5.4 制作试样时 ,宜选取室温剪切强度大于 25 MPa的室温固化胶粘剂 ,胶粘剂剪切强度测试方法按GB/T 7124执行 ,管件试件与内 、外套筒胶接间隙应为(0. 2±0. 1) mm。

　　4.5.5 制作试样时 ,管件试件的胶接区域应打磨粗糙 ,且不能损伤纤维增强体 ,之后在管件试件 、内套筒和外套筒的胶接区域均匀涂刷一层胶粘剂 ,按照图 1 所示将内套筒 、压缩外套筒与管件试件组装胶接 ,胶粘剂的固化应 按 其 制 造 厂 商 的 要 求 或 其 他 适 用 的 材 料 标 准 进 行 , 固 化 时 保 持 试 样 处 于 直 立 状态 ,胶接过程溢胶应及时清理 。

　　4.5.6 试样两端端面平行度应不大于 0. 05 mm ,试样端面与管件试件轴线垂直度应不大于 0. 05 mm ,两端压缩套筒同轴度应不大于 0. 1 mm。

　　4.6 试样数量

　　每组试样不少于 5个 , 同批应有不少于 5个有效试样 。

　　5 试验条件

　　5. 1 实验室环境条件

　　实验室环境条件按 GB/T 1446—2005 中第 3 章的规定 。

　　GB/T 43938.2—2024

　　5.2 试样状态调节

　　5.2. 1 实验室环境条件符合 5. 1 的规定时 ,试样至少在温度(23±2) ℃环境中放置 4 h,并在相同环境下试验 。

　　5.2.2 仲裁试验时 ,试样至少在温度(23±2) ℃和相对湿度(50±10) %的环境下存放 40 h。

　　5.3 加载速度

　　5.3. 1 测定压缩强度时 ,加载速度为 1 mm/min ~ 5 mm/min;仲裁试验时 ,加载速度为 2 mm/min。

　　5.3.2 测定压缩弹性模量时 ,加载速度为 2 mm/min。

　　6 仪器设备

　　试验所用仪器设备按 GB/T 1446—2005 中第 5 章的规定 。

　　7 试验步骤

　　7. 1 试样准备

　　7. 1. 1 检查试样外观 ,管件试件内 、外径尺寸采信试样制备过程测量记录的数据 ,对试样进行编号 。

　　7. 1.2 试样状态调节按 5. 2 的规定执行 。

　　7.2 试验过程

　　7.2. 1 安装试样 ,将试样的轴线与试验机上 、下压板的中心对准 。

　　7.2.2 在试样高度中间位置安放测量变形的仪表 。施加初载(约为破坏载荷的 5%) ,检查并调整试样及变形测量仪表 ,使整个系统处于正常工作状态以及使试样两侧压缩变形一致 。

　　7.2.3 同一试样先测定压缩弹性模量 ,再测定压缩强度 。

　　7.2.4 测定轴向压缩弹性模量时 ,有 自动记录装置可连续加载 ,否则应分级加载 。 连续加载施加载荷不宜超过破坏载荷的 50% 。加载速度按 5. 3 的规定执行 。采用分级加载时 ,级差为破坏载荷的 5% ~ 10% ,分级应不少于五级 ,施加载荷不宜超过破坏载荷的 50% ,一般至少重复测定 3 次 ,取其两次稳定的变形增量 ,记录各级载荷及相应的变形值 。宜采用应变片测试试样变形 ,在管件试件有效测试段中部径向对称各贴一个应变片 ,粘贴示意图按图 5 规定进行 。 当管件试件直径较小不适宜粘贴应变片时 ,可采用引伸计等方法测量管件试件变形 。

　　5

　　6

　　GB/T

　　

　　43938.2—2024

　　

　　标引序号说明 :

　　1— 管件试件轴线 ;

　　2— 应变片 。

　　图 5 应变片粘贴示意图

　　7.2.5 测定压缩强度时 ,对试样施加均匀 、连续的载荷直至破坏 。加载速度按 5. 3 的规定执行 。记录破坏载荷(或最大载荷)与试样的破坏情况 。

　　7.3 试样有效性判定

　　7.3. 1 若试样出现以下情况应予作废 :

　　a) 管件试件与内 、外套筒发生脱粘 ;

　　b) 试样在非有效测试段破坏 。

　　7.3.2 同批有效试样不足 5个时 ,应重新制样测试 。

　　8 数据处理

　　8. 1 轴向压缩强度

　　轴向压缩强度(σc)按公式(1)计算 。

　　……………………( 1 )

　　式中 :

　　σc— 轴向压缩强度 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　F— 破坏载荷(或最大载荷) ,单位为牛(N) ;

　　D— 管件试件外径 ,单位为毫米(mm) ;

　　d— 管件试件内径 ,单位为毫米(mm) 。

　　GB/T 43938.2—2024

　　8.2 轴向压缩模量

　　轴向压缩弹性模量(Ec)按公式(2)计算 。

　　Ec ……………………( 2 )

　　式中 :

　　Ec — 轴向压缩弹性模量 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　L0 — 仪表测量标距 ,单位为毫米(mm) ;

　　ΔF — 材料弹性范围内的载荷增量 ,单位为牛(N) ;

　　ΔL — 与 ΔF对应L0 内的变形增量 ,单位为毫米(mm) 。

　　8.3 试验结果计算

　　试验结果的算术平均值 、标准差和离散系数按 GB/T 1446—2005 中第 6章的规定执行 。

　　9 试验报告

　　试验报告应至少包括下列内容 :

　　a) 试验项目名称及本文件编号 ;

　　b) 试样来源及制备情况 ,材料品种及规格 ;

　　c) 试样编号 、形状 、尺寸 、外观质量及数量 ;

　　d) 试验温度 、相对湿度及试样状态调节 ;

　　e) 试验设备及仪器仪表的型号及使用情况等 ;

　　f) 试验结果 :给出每个试样的性能值(必要时 ,给出每个试样的破坏情况) 、算术平均值 、标准差及离散系数 ;

　　g) 试验人员 、日期及其他 。

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