ASTM D6264/D6264M-17测量纤维增强聚合物基复合材料对集中准静态压痕力损伤抵抗力的标准试验方法

ASTM D6264/D6264M-17测量纤维增强聚合物基复合材料对集中准静态压痕力损伤抵抗力的标准试验方法

11 步骤

试验前需明确的参数：

11.1.1

试样取样方法、试样类型和几何形状，以及（如果需要）环境处理伴随件。

11.1.2

所需的损伤阻力性能和数据报告格式。

11.1.3

环境处理试验参数。

11.1.4

试样支撑配置。

11.1.5

如果进行，需明确用于测定密度和增强体体积的取样方法、板状试样几何形状和试验参数。

11.2 一般说明：

11.2.1

报告任何对本试验方法的偏离，无论是故意的还是无意的。

11.2.2

在试样Zui终机加工完成后，但在环境处理之前，对试样进行基线无损检测，以检测测试前可能存在的瑕疵或缺陷。有多种无损检测（NDI）技术可用于检测复合材料的表面和内部瑕疵。目视检查和液体渗透法可用于识别表面缺陷，而检测内部缺陷（如裂纹、裂口和分层）则需要更复杂的技术。这些技术包括超声波检测、射线照相检测、热成像检测、声发射检测、模态分析（如仪器化敲击测试）和涡流检测。指南 E2533 以及 CMH-17-3G 的第 7.4.2 节提供了关于可用技术以及为特定复合材料应用选择适当方法的指导。这些方法的基本原理和程序涵盖在 MIL-HDBK-728/1 系列中，而关于理论和数据解释的更具体信息可在 MIL-HDBK-731A（热成像）、MIL-HDBK-732A（声发射）、MIL-HDBK-733A（射线照相）和 MIL-HDBK-787A（超声波）中找到。记录无损检测评估中使用的方法、规范和参数。

注 2：指南 E2533 和 CMH-17-3G 中讨论的无损检测技术在对不同损伤类型的敏感性、三维检测不同类型损伤的能力等方面各有特点。在某些情况下（例如，存在多层分层和基体裂纹时），可能需要结合使用多种无损检测技术来正确表征三维损伤状态。

11.2.3

在试样Zui终机加工完成后，但在任何环境处理和所有测试之前，在待损伤位置附近的两个位置测量试样的宽度和长度。记录的宽度和长度应为每个尺寸两次测量的平均值。试样的厚度应在压痕位置附近的四个位置测量，并记录为四次测量的平均值。所有测量的精度应在尺寸的 1% 以内。以毫米[英寸]为单位，将尺寸记录到三位有效数字。

注 3：试验要求方可能要求机加工后的试样经过任何环境处理或环境暴露后进行额外的测量。

11.2.4

按要求对试样进行环境处理。如果试验环境与环境处理环境不同，则将试样存储在经处理的环境中直至试验时间。

11.3 试验环境

如果可能，应在与环境处理所用相同流体暴露水平下测试试样。某些情况，例如对潮湿试样进行高温测试，对普通环境箱的能力提出了不切实际的要求。在这种情况下，可能需要对力学试验环境进行修改，例如，在无流体暴露控制的高温下进行测试，但对从环境处理箱取出到试验的时间有规定限制。记录对试验环境的任何修改。

11.4 试验机准备

将带有半球形的合适夹具和压头安装到试验机上。确保试样支撑夹具位于压头中心下方。按要求准备力和位移测量仪器。

11.5 试样安装

将试样放在支撑夹具上，确保试样的中心与夹具开口（如果适用）的中心以及压头的中心线对齐。压头中心线与试样和支撑夹具中心之间的距离不得超过 1.0 mm [0.04 in.]。如果要对单个试样进行间隔加载，应在试样和夹具上做好对齐标记，以便保持原始对齐。除非另有规定，否则压痕应作用于试样的工具面。

11.6 试验速度

设置试验速度，以使Zui大力在 1 到 10 分钟内达到。建议的标准横梁位移速率为：边缘支撑配置下 1.25 mm/min [0.05 in./min]，刚性支撑配置下 0.25 mm/min [0.01 in./min]。

11.7 加载

以规定速率对试样施加压痕力，记录数据。监测力并观察损伤发展。当达到所需的接触力、所需的位移或所需的损伤状态时，应卸载试样并停止试验机。除非特别希望试样被穿透，否则试验应在穿透前终止，以防止破坏模式被掩盖，从而提供更具代表性的破坏模式评估。卸载速率应与加载速率相同。

注 4：不应在刚性支撑的试样上进行穿透试验。

11.8 数据记录

连续或以频繁的固定间隔记录力与横梁位移的关系；对于本试验方法，建议Zui小采样率为每秒 2 个数据记录，且目标为每个试验至少 100 个数据点。如果注意到柔度变化或损伤，记录这些点处的力、位移和损伤模式。如果要穿透试样，记录穿透时刻或尽可能接近穿透时刻的Zui大力和横梁位移。应记录整个试验过程中的载荷和位移，包括卸载循环。

11.8.1

图 4 和图 5 显示了边缘支撑配置和刚性支撑配置下记录的接触力与位移曲线的示例。试样-压头接触的开始通过检测到非零接触力来标识。对于边缘支撑配置，随着接触力的增加，压头会使试样弯曲并形成局部凹陷。记录的接触力的急剧下降通常代表导致刚度突然损失的损伤过程。

11.8.2

一些参数，如 FmaxFmax（Zui大力）和 δmaxδmax（Zui大位移），可以在试验后直接从接触力与位移曲线中确定。其他参数，如 EmaxEmax（Zui大能量）和 EαEα（特定能量），必须通过额外的计算来确定（见 13.1）。

11.9 凹痕深度

使用 7.8 中定义的合适凹痕深度指示器，测量 3.2.3 中定义的凹痕深度。
应在力移除后立即测量凹痕。如果相对于固定点测量距离，则凹痕深度将是凹痕Zui低点与板表面之间的差值。到试样表面平面的距离应为四个测量值的平均值，这四个测量点相隔 90°，并且距离压痕点至少 25 mm [1.0 in.]，以提供足够远离凹痕的距离而不影响测量。如果使用深度规直接测量深度，则深度应为两次测量值的平均值，且在两次测量之间将规旋转 90°。深度规的底座应至少为 50 mm [2.0 in.]，并且足够大以跨越受凹痕影响的区域。如果使用三脚架安装的深度规（其参考表面基于一个在预定直径上三点接触表面的千分尺支架）测量深度，这些要求也同样适用。凹痕深度应测量至Zui接近的 0.03 mm [0.001 in.]。

11.10 阶梯加载

在许多情况下，可能希望以一系列步骤对试样进行加载，因为无法在加载的试样上进行凹痕测量和无损检测。此技术可能有助于Zui小化损伤阻力评估所需的材料量。如果使用了阶梯加载程序，应随结果一起报告。对于加载系列中的每个步骤，试样应加载到比前一步更大的压头位移。整个加载步骤系列应保持相同的压头位移零点。应使用夹具上的对齐标记来确保试样在每次加载步骤中保持相同的中心。

11.11 凹痕松弛

随着时间的推移或在环境暴露下，由于复合材料的松弛，凹痕深度可能会减小。如果需要关于短期凹痕松弛的信息，则在试验后 7 天按照 11.9 测量凹痕深度。记录凹痕深度、测量时间距离试验结束的时间长度以及测量前的环境条件。

11.12 无损检测：

11.12.1

使用无损检测（NDI）技术评估损伤程度。使用的无损检测方法、规范和参数应与 11.2.2 中用于测试前评估试样的方法一致。记录无损检测评估中使用的方法、规范和参数。

11.12.2

使用 7.1 中定义的合适仪器，测量并记录检测到的损伤的几何尺寸。以图 6 为指导，确定八个指定点相对于试样中心和参考坐标系的位置。确定损伤宽度、损伤长度和Zui大损伤直径。对于非标准铺层或纤维取向，可能需要替代的测量位置来表征损伤程度。或者，可以使用自动化算法来定义损伤范围，并使用数字无损检测数据计算二维损伤面积。

注 5：测量的损伤宽度、长度和直径的尺寸公差取决于所使用的无损检测方法。

11.12.3

记录每个试样观察到的损伤模式，以及观察到损伤模式的表面和位置。一个受损试样中可能存在多种损伤模式。图 7 说明了常见的观察到的损伤模式。

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