GB/T 1456-2021 夹层结构弯曲性能试验方法

　　ICS 83 . 120

　　CCS Q 23

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 1456—2021代替 GB/T 1456—2005

　　夹层结构弯曲性能试验方法

　　Testmethodforflexuralpropertiesofsandwichconstructions

　　2021-12-31 发布 2022-07-01 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 1456—202 1

　　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。

　　本文件代替 GB/T 1456—2005《夹层结构弯曲性能试验方法》，与 GB/T 1456—2005 相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：

　　a) 更改了面板弯曲强度的定义(见 3.1、4、6.2、9.3 , 2005 年版的 3.1、4、6.2、9.3) ;

　　b) 增加了表观弯曲强度、表观弯曲模量的使用、定义、参考标准及计算(见第 1 章、3.5、3.6、6. 5、 8 . 7和 9 . 8) ;

　　c) 增加了面板名义厚度的定义和相关测量方式(见 3 .7 和 8 .2) ;

　　d) 更改了试样尺寸，改具体厚度为推荐厚度，宽度给出要求范围和推荐尺寸，补充长度选择说明[见 6 . 2 、6 . 3 、6 . 4c) , 2005 年版的 6 . 2、6 . 3 和 6 . 4 . 3] ;

　　e) 更改了速度的描述，给出了改变试验加载速度的原则(见 8 .4 , 2005 年版的 5 .6) ;

　　f) 增加了试样失效模式代码(见表 1) ;

　　g) 删除了分级加载(见 2005 年版的 8.5) ;

　　h) 删除了使用泊松比计算抗剪惯性矩的公式[见 2005 年版的 9.5 的式(9)] ;

　　i) 增加了面板的厚度来源、试验速度等试验报告内容(见第 10 章)。

　　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/TC 39)归口 。

　　本文件起草单位：上海玻璃钢研究院有限公司、上海上玻检测有限公司、常州天马集团有限公司(原建材二五三厂)、威海维赛新材料科技有限公司、北京金风科创风电设备有限公司、浙江联洋新材料股份有限公司、北京玻钢院检测中心有限公司。

　　本文件主要起草人：张旭、王冬生、宣维栋、刘虎威、李阳阳、雷伟锋、彭兴财。

　　本文件于 1978 年首次发布，1988 年第一次修订，2005 年第二次修订，本次为第三次修订。

　　GB/T 1456—202 1

　　夹层结构弯曲性能试验方法

　　1 范围

　　本文件规定了夹层结构弯曲性能的试验原理、试验设备、试样、试验条件和试样状态调节、试验步骤、试验结果及处理和试验报告。

　　本文件适用于测定夹层结构承受弯曲时表观弯曲强度和表观弯曲模量，夹层结构的弯曲刚度和剪切刚度，夹层结构面板的应力和弹性模量，夹层结构芯子的剪切应力和剪切模量，也适用于测定夹层结构面板与芯子之间的弯曲胶层强度。

　　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 3356—2014 定向纤维增强聚合物基复合材料弯曲性能试验方法

　　GB/T 3961 纤维增强塑料术语

　　3 术语和定义

　　GB/T 3961 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　面板拉压强度 tensionorcompressionstrengthoffacing

　　夹层结构在弯曲载荷作用下，面板破坏时其承受的最大应力。

　　3.2

　　芯子剪切强度 coreshearstrength

　　夹层结构在弯曲载荷作用下，芯子失效时其承受的最大剪切应力。

　　3.3

　　弯曲胶层强度 flexureadhesivelayerstrength

　　夹层结构在弯曲载荷作用下，胶层破坏时其承受的最大剪切应力。

　　3.4

　　外伸梁三点弯曲 overhangingbeam threepointbending

　　带有外伸臂长梁，在跨中加集中载荷，在跨中、两外伸点上安装三只位移传感器，测出跨中、左右外伸点的挠度的弯曲试验。

　　3.5

　　表观弯曲强度 appearancebendingstrength

　　夹层结构的弯曲强度。

　　3.6

　　表观弯曲模量 appearancebendingmodulus

　　夹层结构的弯曲模量。

　　GB/T 1456—202 1

　　3.7

　　面板名义厚度 nominalthicknessoffacing

　　根据理论计算(设计值)或测量空白面板所获得的面板的厚度。

　　4 试验原理

　　通过夹层结构长梁试样的三点弯曲测定面板拉压强度，通过夹层结构短梁试样的三点弯曲测定芯子剪切强度，通过夹层结构长梁试样的外伸梁三点弯曲测定弯曲刚度和剪切刚度，从而测定面板的弹性模量和芯子的剪切模量。

　　5 试验设备

　　5 . 1 试验机应符合 GB/T 1446 的规定。

　　5.2 加载压头及支座见图 1。加载压头垫块平面部分宽度应满足 10 mm≤W ≤30 mm。支座处可以自由转动的垫块，平面部分的宽度应满足 10 mm≤WS≤20 mm,平面部分的长度应大于试样宽度。

　　标引序号说明：

　　1 — 加载压头垫块;

　　2 — 橡胶垫片;

　　3 — 试样;

　　4 — 支座垫块;

　　5 — 支座;

　　6 — 位移传感器;

　　P — 加载载荷;

　　W — 加载压头垫块宽度;

　　WS — 支座垫块宽度;

　　L — 支承跨距。

　　图 1 三点弯曲试验装置示意图

　　5.3 加载压头与试样之间垫上一块硬质橡胶垫片，尺寸不小于压头垫块，厚度为 3 mm~5 mm,其长度

　　GB/T 1456—202 1

　　应覆盖试样宽度。

　　5.4 位移传感器等变形测量设备，精度为 0.001 mm。

　　5.5 游标卡尺等尺寸测量设备，精度为 0.01 mm。

　　6 试样

　　6 . 1 试样为矩形横截面的长方形形状。

　　6 . 2 试样厚度与夹层结构制品厚度相同。 当夹层结构制品厚度未定时，为测定面板拉压强度、芯子剪切强度或芯子的剪切模量，推荐芯子厚度取 15 mm,面板的厚度取 0.3 mm~1.0 mm。

　　6.3 试样宽度应小于跨距的二分之一，且不小于两倍的总厚度。试样宽度推荐为 60 mm,对于蜂窝、波纹等格子型芯子，试样宽度应至少包括 4 个完整格子。

　　6.4 试样长度为跨距加 40 mm 或加厚度的二分之一，选其中数值大者，当需要使用外伸臂时，长度应满足外伸臂，跨距根据试验目的计算并选取：

　　a) 测定芯子剪切强度时，三点弯曲(见图 1)的跨距应满足式(1) :

　　L ≤ …………………………( 1 )

　　式中：

　　L — 支承跨距，单位为毫米(mm) ;

　　σfd — 面板的拉、压许用应力，单位为兆帕(MPa) ;

　　tf — 面板的厚度，单位为毫米(mm) ;

　　τcb — 芯子剪切强度，单位为兆帕(MPa)。

　　注 1 ：正文中所有相同公式符号均为统一含义，后续公式中的符号参见之前的公式符号定义。

　　注 2：许用应力由设计方提供，拉伸强度、压缩强度、剪切强度由生产方提供或按对应材料的国家标准进行试验获取。

　　b) 测定面板拉压强度时，三点弯曲的跨距应满足式(2) :

　　L ≥ …………………………( 2 )

　　式中：

　　σfb — 面板的拉、压强度，单位为兆帕(MPa) ;

　　τcd — 芯子的剪切许用应力，单位为兆帕(MPa)。

　　c) 测定夹层结构的弯曲刚度、剪切刚度时，采用外伸梁三点弯曲(见图 2) ,其跨距一般取式(1)值，外伸臂长度 a 为跨距的三分之一或二分之一，且视位移传感器等变形设备的情况增加长度。

　　d) 对于纤维增强塑料等复合材料夹层结构，跨距、外伸臂长度等见附录 A。

　　6.5 测定表观弯曲强度、表观弯曲模量时，试样宽度为 60 mm,跨厚比及长度按 GB/T 3356—2014 中表 1 的规定。

　　6 . 6 对于正交各向异性结构，试样分纵向和横向两种。

　　6 . 7 试样加工按 GB/T 1446 的规定。

　　6 . 8 试样数量，至少 5 个有效试样。

　　7 试验条件和试样状态调节

　　试验环境条件和试样状态调节按 GB/T 1446 的规定。

　　GB/T 1456—202 1

　　8 试验步骤

　　8 . 1 试样外观检查按 GB/T 1446 的规定。

　　8 . 2 将合格试样编号，测量试样跨距内任意三处的宽度和厚度，取算术平均值。 面板的厚度取面板名义厚度或同一批试样 10 个面板的平均厚度。 测量精度按 GB/T 1446 的规定。 对格子型芯子的夹层结构试样，记录横截面上格子壁的数目。

　　8 . 3 按选定跨距调整支座，跨中安装位移传感器，见图 1 。测定夹层结构的弯曲刚度或剪切刚度时，按外伸梁三点弯曲方法安装三只位移传感器，见图 2 。

　　8.4 加载速度宜使试样在 3 min~6 min 内达到失效条件，一般情况下，测定面板拉压强度或芯子剪切强度时加载速度为 2 mm/min~ 5 mm/min,测定夹层结构的弯曲刚度或剪切刚度时加载速度为0.5 mm/min~1.0 mm/min。

　　8 . 5 测定面板拉压强度或芯子剪切强度时，把试样安放在支座上，加上加载压头，并在压头与试样之间垫上一块硬质橡胶垫片，调整试验机零点，按选定的加载速度，均匀连续加载至试样破坏，读取破坏载荷，观察并按照表 1 记录破坏形式。

　　表 1 三位失效模式代码

　　示例：

　　以三个字母分别描述失效形式、失效区域(范围)、失效位置(失效点)，如芯子与面板在位于加载块的区域上面板处剥开，则描述为 DAT,同理有芯子整体剪切破坏 SVC、多处多类型(剪切加压坏等)失效 MMV等。

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　　标引序号说明：

　　1 — 试样;

　　2 — 外伸点的位移传感器;

　　3 — 跨中的位移传感器;

　　L— 跨距;

　　a— 外伸臂长度。

　　图 2 外伸梁三点弯曲示意图

　　8.6 测定夹层结构的弯曲刚度或剪切刚度时，施加预加载荷(破坏载荷的 15%~20%) ,消除试样与支座间的空隙，卸至破坏载荷的 5%。调整位移传感器零点，按选定的加载速度，加载至破坏载荷的40%~50%。若需整个载荷-挠度数据，则应测到破坏为止，当出现载荷示值下降或停顿现象，则此时的载荷示值为破坏载荷。 若出现试样呈 M形(一般是芯子的剪切刚度小，面板的弯曲刚度大时出现)，可按附录 B,多跨距法来测定夹层结构的弯曲刚度或剪切刚度。 芯子剪切强度和芯子的剪切模量的测定宜按 GB/T 1455 进行试验。

　　8 . 7 测定表观弯曲强度、表观弯曲模量时，试验速度按 GB/T 3356—2014 的 7 . 3 进行加载。

　　注：表观弯曲强度、表观弯曲模量仅适用于同种结构样品间的比对，当芯子类型不同或面板铺层不同时参照使用。

　　9 试验结果及处理

　　9 . 1 绘制载荷-挠度曲线。

　　9 . 2 芯子的剪切应力按式(3)计算：

　　…………………………( 3 )

　　式中：

　　τc — 芯子的剪切应力，单位为兆帕(MPa) ;

　　P — 跨中载荷，单位为牛顿(N) ;

　　K — 无量纲数;

　　b — 试样宽度，单位为毫米(mm) ;

　　h — 试样厚度，单位为毫米(mm)。

　　如果上式不计及面板承受的剪切，则 K 取 1,当计及面板承剪时，K 按式(4)、式(5)计算：

　　K = 1 -e-A …………………………( 4 )

　　A …………………………( 5 )

　　式中：

　　e — 自然对数的底;

　　A — 无量纲数，按式(5)计算;

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　　Gc — 芯子的剪切模量，单位为兆帕(MPa) ;

　　Ef — 面板的弹性模量，单位为兆帕(MPa)。

　　当 p 为最大载荷，且破坏发生面板与芯子脱胶时，则式(3)计算的结果为弯曲胶层强度。

　　当 p 为比例极限载荷时，则式(3)计算的结果为芯子剪切比例极限。

　　9 . 3 面板的应力按式(6)计算：

　　…………………………( 6 )

　　式中：

　　σf — 面板中的拉、压应力，单位为兆帕(MPa)。

　　当 p 为最大载荷，并且发生面板拉断或压缩皱折等破坏现象时，则式(6)计算的结果为面板拉压强度。

　　9 . 4 夹层结构的弯曲刚度按式(7)计算：

　　D …………………………( 7 )

　　式中：

　　D — 夹层结构的弯曲刚度，单位为牛顿平方毫米(N · mm2 ) ;

　　a — 外伸臂长度，单位为毫米(mm) ;

　　Δp — 载荷-挠度曲线初始段的载荷增量值，单位为毫米(mm) ;

　　f1 — 对应 Δp 的外伸点的挠度增量值(取左右两点的平均值)，单位为毫米(mm)。

　　9 . 5 面板的弹性模量按(8)计算：

　　E …………………………( 8 )

　　式中：

　　Ef — 面板的弹性模量，单位为兆帕(MPa) ;

　　J — 夹层结构惯性矩，单位为四次方毫米(mm4 )。

　　J=b × t 2 ( 9 )

　　注：式(9)中已略去芯子和面板本身的弯曲刚度。

　　9 . 6 夹层结构的剪切刚度按式(10)计算：

　　U= …………………………( 10 )

　　式中：

　　U — 夹层结构的剪切刚度，单位为牛顿(N) ;

　　f — 对应 Δp 试样跨中的挠度增量值，单位为毫米(mm)。

　　9 . 7 芯子的剪切模量，按式(11)计算：

　　G …………………………( 11 )

　　式中：

　　Gc — 芯子的剪切模量，单位为兆帕(MPa)。

　　9 . 8 表观弯曲强度和表观弯曲模量按 GB/T 3356—2014 的弯曲强度和弯曲弹性模量计算。

　　9 . 9 不同面板夹层结构的弯曲刚度和面板拉压强度按附录 C计算。

　　9 . 10 蜂窝芯子的蜂壁剪切应力和蜂壁剪切模量见附录 D 的计算。

　　9 . 1 1 试验结果按 GB/T 1446 的规定。

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　　10 试验报告

　　试验报告一般包括下列内容：

　　a) 本文件编号及试验项目名称;

　　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、计算使用的面板的厚度、外观质量及数量(若为各向异性材料，应注明纵向或横向)和计算使用的面板的弹性模量(当已知模量时);

　　d) 试验温度、相对湿度及试样状态调节;

　　e) 试验设备的名称及型号等;

　　f) 试验速度、试验跨距;

　　g) 试验结果：给出每个试样的性能值、算术平均值、标准差、离散系数及每个试样的失效模式;

　　h) 试验人员、试验日期及其他。

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　　附 录 A (资料性)跨距参考表

　　对纤维增强塑料等复合材料夹层结构，短梁试样的跨距、长梁试样的外伸梁三点弯曲的跨距和外伸长度以及三点弯曲跨距的参考数值见表 A. 1 。

　　表 A.1 跨距参考表

　　单位为毫米

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　　附 录 B

　　(资料性)

　　多跨距法测定夹层结构的弯曲刚度和剪切刚度

　　B.1 本方法通过对同一个样品进行两次不同跨距试验加载来获得其弯曲刚度和剪切刚度。 式(B. 1)体现了试验原理。

　　l

　　式中：

　　l — 跨距中点的挠度，单位为毫米(mm) ;

　　P — 施加的载荷，单位为牛顿(N) ;

　　L — 支承跨距，单位为毫米(mm) ;

　　S — 四点弯曲加载头跨距，单位为毫米(mm) ;

　　D — 夹层结构的弯曲刚度，单位为牛顿平方毫米(N · mm2 ) ;

　　U — 夹层结构的剪切刚度，单位为牛顿(N) 。

　　试验步骤见 GB/T 3356—2014,试验一根试样以获取第一次支承跨距(L1)下的失效载荷。

　　试验速度和加载方式，三点弯曲时见 GB/T 3356—2014 的方法 A, 四点弯曲时见 GB/T 3356 — 2014 的方法 B。

　　B.2 对支承跨距 L1 加载到 10%~30%的失效载荷，获取线性段的载荷差 P1 和相应挠度差 l1 。

　　B.3 对支承跨距 L2 加载到 10%~30%的失效载荷，获取线性段的载荷差 P2 和相应挠度差 l2 。

　　注：L2 相对于 L1 的差别越大，结果越理想。

　　B.4 当选取特定的加载跨距和支承跨距时，可简化为以下公式：

　　a) 两次加载跨距为 0,支承跨距为 L1 和 L2 时，见式(B.2)和式(B.3) :

　　D = …………………………( B.2 ) U

　　式中：

　　P1 — 第一次弯曲曲线中，直线段的载荷增量，单位为牛顿(N) ;

　　P2 — 第二次弯曲曲线中，直线段的载荷增量，单位为牛顿(N) ;

　　L1 — 第一次弯曲试验中，支座的支承跨距，单位为毫米(mm) ;

　　L2 — 第二次弯曲试验中，支座的支承跨距，单位为毫米(mm) ;

　　l1 — 第一次弯曲曲线中，直线段的中点挠度增量，单位为毫米(mm) ;

　　l2 — 第二次弯曲曲线中，直线段的中点挠度增量，单位为毫米(mm)。

　　b ) 两次加载跨距为 0 和 L2/2,支承跨距为 L1 和 L2 时，见式(B.4)和式(B.5) :

　　D = …………………………( B.4 ) U

　　c) 两次加载跨距为 0 和 L2/3,支承跨距为 L1 和 L2 时，见式(B.6)和式(B.7) :

　　D = …………………………( B.6 )

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　　U

　　d) 两次加载跨距为 L1/4 和 L2/3,支承跨距为 L2 时，见式(B.8)和式(B.9) :

　　D = …………………………( B.8 ) U

　　e) 两次加载跨距为 2L1/11 和 0,支承跨距为 L1 和 L2 时，见式(B.10)和式(B.11) :

　　D = …………………………( B.10 ) U

　　GB/T 1456—202 1

　　附 录 C

　　(规范性)

　　不同面板夹层结构的弯曲刚度和面板的应力计算公式

　　C.1 弯曲刚度

　　不同面板夹层结构的弯曲刚度按式(C. 1)、式(C. 2)计算，其中夹层结构中性轴的位置按式(C. 3)计算：

　　D EiJi 3 + Ef2tf2b 当 tf1 > e) ……( C.1 ) D EiJi Ef1tf1b Ef2tf2b(当 tf1 < e)…… ( C.2 )

　　e

　　式中：

　　D — 夹层结构的弯曲刚度，单位为牛顿平方毫米(N · mm2 ) ;

　　Ef1 — 上面板的弹性模量，单位为兆帕(MPa) ;

　　b — 试样宽度，单位为毫米(mm) ;

　　e — 夹层结构中性轴距上面板上表面的距离，单位为毫米(mm) ;

　　tf1 — 上面板的厚度，单位为毫米(mm) ;

　　Ef2 — 下面板的弹性模量，单位为兆帕(MPa) ;

　　tf2 — 下面板的厚度，单位为毫米(mm) ;

　　h — 试样厚度，单位为毫米(mm)。

　　注 1 ：弯曲刚度 D 已略去芯子的弯曲刚度。

　　注 2：面板的弹性模量为已知量。

　　当略去面板本身的弯曲刚度时，夹层结构的弯曲刚度近似地按式(C. 4)计算：

　　D

　　式中：

　　hc — 芯子厚度，单位为毫米(mm)。

　　C.2 面板的应力

　　下面板受拉的应力按式(C. 5)计算：

　　…………………………( C.5 )

　　式中：

　　σf2 — 下面板受拉的应力，单位为兆帕(MPa) ;

　　P — 跨中载荷，单位为牛顿(N) ;

　　S — 跨距，单位为毫米(mm)。

　　上面板受压的应力按式(C. 6)计算：

　　…………………………( C.6 )

　　式中：

　　σf1 — 上面板受压的应力，单位为兆帕(MPa)。

　　GB/T 1456—202 1

　　附 录 D

　　(资料性)

　　蜂窝芯子的蜂壁剪切应力和蜂壁剪切模量计算公式

　　D.1 蜂壁剪切应力按式(D. 1)计算：

　　…………………………( D.1 )

　　式中：

　　τs — 蜂壁剪切应力，单位为兆帕(MPa) ;

　　P — 跨中的载荷，单位为牛顿(N) ;

　　n — 试样横截面上的单层蜂壁数;

　　ts — 单层蜂壁厚度，单位为毫米(mm) ;

　　h — 试样厚度，单位为毫米(mm) ;

　　tf — 面板的厚度，单位为毫米(mm)。

　　当 P 为破坏载荷时，则式(D. 1)计算的结果为蜂壁剪切强度。

　　D.2 蜂壁剪切模量按式(D. 2)计算：

　　G …………………………( D.2 )

　　式中：

　　Gs — 蜂壁剪切模量，单位为兆帕(MPa) ;

　　U — 夹层结构的剪切刚度，单位为牛顿(N) 。

　　D.3 对于其它格子型芯子壁的剪切应力和剪切模量，可以按式(D. 1)、式(D. 2)原理计算。

　　GB/T 1456—202 1

　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 1455 夹层结构或芯子剪切性能试验方法

　　[2] GB/T 21238—2016 玻璃纤维增强塑料夹砂管

　　[3] ASTM C393/C393M-2020 梁弯曲法测定夹层结构芯子剪切性能的试验方法

　　[4] ASTM D7249/D7249M-2020 夹层结构长梁弯曲的面板性能测试标准

　　[5] ASTM D7250/D7250M-2020 测定夹层梁的弯曲和抗剪刚度的标准实施规程