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纤维增强复合材料弹性常数
1 范围
本标准规定了纤维增强复合材料弹性常数测试的术语和定义、试验概述、试验方法和试验报告。 本标准适用于单向纤维增强的 [0]ns 、[90]ns 和[0/90]ns 聚合物基复合材料层合板、经纬织物增强的聚合物基复合材料层合板的弹性常数测试。所测弹性常数主要用于结构分析与设计，包括纵向、横向、法向的拉伸弹性模量（E 1、E 2、E 3）、泊松比（12μ、13μ、23μ）和剪切模量（G 12、 G 13 、G 23）。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的引用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。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 3354 定向纤维增强聚合物基复合材料拉伸性能试验方法 GB/T 3355 聚合物基复合材料纵横剪切试验方法 GB/T 3961 纤维增强塑料术语
GB/T 4944-2005 玻璃纤维增强塑料层合板层间拉伸强度试验方法 3 术语和定义 GB/T 3961确立的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1
材料坐标系 material coordinate system
用于描述纤维增强复合材料主轴方向和应力分量的笛卡尔坐标系（一般用1、2和3表示坐标轴），见图1。
2
说明：
1——纤维纵向； 2——纤维横向；
3——层压方向或法向（厚度方向）； X ——层压板参考轴； ө——纤维铺层方向角。
注1：纤维增强复合材料3个主轴方向的拉伸弹性模量相应的定义为E 1、E 2、E 3。
注2：单轴应力在1轴方向作用时，引起2轴方向应变的泊松比定义为12μ；单轴应力在1轴方向作用时，引起3
轴方向应变的泊松比定义为13μ；单轴应力在2轴方向作用时，引起3轴方向应变的泊松比定义为23μ。 注3：1-2平面的面内剪切模量定义为G 12，1-3平面的层间剪切模量定义为G 13，2-3平面的层间剪切模量定义为G 23。
图1 材料坐标系
4 试验概述
针对单向纤维或经纬织物增强的聚合物基复合材料层合板，通过纵向拉伸、横向拉伸、层间拉伸、面内剪切、层间剪切五种试验，测试包括纵向、横向、法向的拉伸弹性模量（E 1、E 2、E 3）、泊松比（12μ、
13μ、23μ）和剪切模量（G 12、 G 13 、G 23）共9个弹性常数。
5 试验方法 5.1 纵向拉伸试验
纵向拉伸试验所测试的弹性常数主要包括弹性模量E 1和泊松比 12μ、13μ，测试方法按GB/T 3354进行，另作如下规定：
a ） 纵向拉伸试样为直条形、无加强片，长为（250.0±2.0）mm ，宽为（25.0±0.5）mm ，厚为（3.0±0.3）mm 。试样的长度方向和1轴方向一致，试样厚度方向和3轴方向一致。如图2所示。 说明：
L 1——纵向拉伸试样长度； W 1——纵向拉伸试样宽度； H 1——纵向拉伸试样厚度。
图2 纵向拉伸试样
b ） 试样数量为二组，一组用于测试弹性模量E 1和泊松比12μ，测试时在试样长度方向和宽度方向
安装应变仪；另一组试样用于测试泊松比13μ，测试时在试样长度方向和厚度方向安装应变仪。 c ） 试验时，可在试件破坏前终止试验。 5.2 横向拉伸试验
横向拉伸试验所测试的弹性常数主要包括弹性模量E 2和泊松比 23μ，测试方法按GB/T 3354进行，另作如下规定：
a ） 横向拉伸试样为直条形、无加强片，长为（250.0±2.0）mm ，宽为（25.0±0.5）mm ，厚为（3.0
±0.3）mm。试样的长度方向和2轴方向一致，试样厚度方向和3轴方向一致，如图3所示。
说明：
L2——横向拉伸试样长度；
W2——横向拉伸试样宽度；
H2——横向拉伸试样厚度。
图3 横向拉伸试样
b）测试时在试样长度方向和厚度方向安装应变仪。
c）试验时，可在试件破坏前终止试验。
5.3 层间拉伸试验
5.3.1 试验原理
将试样粘合到金属端面上，沿层合面垂直方向（法向）匀速拉伸，测量该过程中的应力和应变，确定层间拉伸弹性模量E3。
网站5.3.2 试样
5.3.2.1 试样采用正方形截面的柱形试样，截面边长为（15.0±0.1）mm，高为（19.0±0.3）mm（纤维层压方向或法向、厚度方向），形状、尺寸如图4所示。
说明：
L3——层间拉伸试样边长；
H——层间拉伸试样高度。
图4 层间拉伸试样
5.3.2.2将试样制成GB/T 4944-2005规定的Ⅰ型组合件，如图5所示。
3
说明：
1——粘接剂层； 2——试样；
3——上、下金属连接块（钢或钛）；
L c ——金属连接块长度； H c ——金属连接块矩形边长。
图5 层间拉伸试样组合件
金属连接块一般为不锈钢或钛合金，粘接端的矩形边长H c 为（15.0±0. 1)mm ；长度L c 不小于30.0 mm ，连接块另一端的形状和尺寸应根据试验机确定。粘接面应保持平整无缺陷，并垂直于金属连接块的轴线。粘接剂的粘接强度应高于层间拉伸强度，建议采用环氧基粘接剂。粘结面的表面应用丙酮试剂进行清洁处理，固化条件如温度、压力、时间等均按粘接剂使用说明中的工艺规程进行。粘接剂及其固化条件不应改变层合板的性能。粘接面涂粘接剂时，应保证试样正确的粘合和精确地定位。 5.3.3 试验条件
5.3.3.1 试验环境条件按GB/T 1446的规定。 5.3.3.2 试样状态调节按GB/T 1446的规定。 5.3.3.3 试验设备按GB/T 1446的规定。 5.3.3.4 加载速度为0.1mm/min 。 5.3.4 试验步骤
5.3.4.1 检查试样组合件的对中。
5.3.4.2 按GB/T 1446的规定对试样组合件进行状态调节。 5.3.4.3 测量试样尺寸，精确至0.01mm 。
5.3.4.4 将试样组合件装入试验机夹具中，试样中心线应与试验机力轴重合。 5.3.4.5 安装应变测量装置。
5.3.4.6 按规定的加载速度对试样组合件施加均匀、连续载荷，同时绘制载荷一变形或应力一应变曲线。
新台网
新新理论第一页5.3.4.7 可在试件破坏前终止试验。
5.3.4.8 同批有效试样不足五个时，应重做试验。 5.3.5 结果表示
方差齐性检验
5.3.5.1 层间拉伸应力按公式（1）计算：
23
3L P
=
σ (1)
式中：
3σ——纤维层间拉伸应力，单位为兆帕（MPa ）
； P ——试验载荷，单位为牛顿（N ）；
5
L 3 ——试样边长，单位为毫米（mm ）。
5.3.5.2 层间拉伸弹性模量按公式（2）计算：
3
3
3εσ∆∆=
E ………………………………………………..(2) 式中：
3E ——纤维层间拉伸弹性模量，单位为兆帕（MPa ）
； 3σ∆——与应变增量对应的层间拉伸应力增量，单位为兆帕（MPa ）
； 3ε∆——应力-应变曲线上初始直线段的层间拉伸应变增量。
注：推荐应变增量的起始点为500με，终止点为1500με；如果材料在1500με应变以下失效，使用最大失效应
变的25%和50%作为应变增量的起始点和终止点。
5.3.5.3 层间拉伸弹性模量计算结果取三位有效数字，计算平均值、标准偏差和离散系数。 5.4 面内剪切试验
面内剪切模量G 12的测试按GB/T 3355的规定进行。 5.5 层间剪切试验 5.5.1 试验原理
将双V 型缺口的试样放入专用试验夹具并加载，测量该过程中的应力和应变，确定层间剪切模量G 13和G 23。 5.5.2 试样
5.5.2.1 试样形状尺寸
引纸绳
试样为双V 型缺口试样，长度为（76.0±1.0）mm ，宽为（19.0±0.3）mm ，厚度为（3.0±0.3）mm ，形状、尺寸见图6，试样的方向性见图7。
说明：
火成岩岩石学
L v ——层间剪切试样长度； d 1——层间剪切试样宽度； H v ——层间剪切试样厚度；
W v ——层间剪切试样剩余宽度,W V =（11.4±0.3）mm; d 2——层间剪切试样缺口深度,d 2=（3.8±0.3）mm ； R ——倒角半径,R =（1.3±0.3）mm 。
图6 层间剪切试样形状
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