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| 标准编号 | GB/T 46222-2025 (GB/T46222-2025) | | 中文名称 | 纤维增强塑料复合材料I型-III型混合层间断裂韧性的测定 | | 英文名称 | Test method for mixed mode I-III interlaminar fracture toughness of fiber-reinforced plastic composites | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | Q23 | | 国际标准分类 | 83.120 | | 字数估计 | 16,170 | | 发布日期 | 2025-08-29 | | 实施日期 | 2026-03-01 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 46222-2025: 纤维增强塑料复合材料I型-III型混合层间断裂韧性的测定
ICS 83.120
CCSQ23
中华人民共和国国家标准
纤维增强塑料复合材料Ⅰ型-Ⅲ型
混合层间断裂韧性的测定
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
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 原理 1
5 试样 2
6 试验设备 3
7 试验条件 4
8 试验步骤 4
9 结果计算 6
10 试验报告 8
附录A(规范性) Ⅰ型-Ⅲ型混合层间断裂韧性测定夹具 9
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:河北工业大学、重庆大学、中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国航发北京
航空材料研究院、中国飞机强度研究所、天津爱思达新材料科技有限公司、北京玻钢院检测中心有限公
司、北京航空航天大学、北京玻璃钢研究设计院有限公司。
本文件主要起草人:赵丽滨、龚愉、祝颖丹、高原、王雅娜、杨胜春、张哲绎、丁常方、杨德旭、刘丰睿、
徐海兵、于宗芝、于文英、亓新新、王绥安、王萌。
纤维增强塑料复合材料Ⅰ型-Ⅲ型
混合层间断裂韧性的测定
1 范围
本文件描述了纤维增强塑料复合材料Ⅰ型-Ⅲ型混合层间断裂韧性测定的原理、试样、试验设备、试
验条件、试验步骤、结果计算和试验报告。
本文件适用于预浸料热压罐成型工艺制备的纤维增强塑料复合材料层合板Ⅰ型-Ⅲ型混合层间断
裂韧性的测定,其他成型工艺制备的纤维增强复合材料层合板试样参照执行。
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 28889 复合材料面内剪切性能试验方法
GB/T 28891 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
GB/T 38537 纤维增强树脂基复合材料超声检测方法 C扫描法
GB/T 41762.1 纤维增强塑料复合材料 层合板厚度方向性能的测定 第1部分:直接拉伸和压
缩试验
GB/T 46221 纤维增强塑料复合材料Ⅲ型层间断裂韧性的测定
3 术语和定义
GB/T 3961、GB/T 28891和GB/T 46221界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
Ⅰ型-Ⅲ型混合模式 modeⅠ-Ⅲ mixedmode
由垂直和平行同时施加于试样分层面的载荷引起的裂纹开裂和撕裂的模式。
注:简称“混合模式”。
3.2
GC
Ⅰ型-Ⅲ型混合模式(3.1)下,裂纹起始扩展时总应变能释放率的临界值。
注1:混合模式下的总应变能释放率为裂纹起始扩展时Ⅰ型应变能释放率与Ⅲ型应变能释放率之和。
注2:以焦耳每平方米(J/m2)为单位。
4 原理
通过嵌入物引入环形预制裂纹,形成含边缘环形裂纹的对称、均衡复合材料层合板试样(如图1所
示)。采用拉扭复合试验机对试样-夹具组合件进行夹持,通过扭转加载引入Ⅲ型分层载荷,通过拉伸加
载引入Ⅰ型分层载荷,测定出复合材料的Ⅰ型-Ⅲ型混合层间断裂韧性。
5 试样
5.1 试样形状及尺寸
试样示意图如图1所示,试样为等厚度的方形(或圆形)复合材料层合板,试样边长(或直径)a为
(120±0.5)mm,试样厚度2h不宜超过10mm。在试样中面圆形中央粘接区域外引入嵌入物预制分
层,中央粘接区域半径r为(25±1)mm,嵌入物的厚度不应超过10μm。试样坐标系如图2所示。
a) 方形试样正视图 b) 圆形试样正视图
c) 方形试样俯视图 d) 圆形试样俯视图
标引序号说明:
1 ---嵌入物;
2 ---中央粘接区域;
a ---试样边长或直径;
r ---试样中央粘接区域半径;
2h---试样厚度。
图1 试样示意图
a) 方形试样坐标系 b) 圆形试样坐标系
图2 试样坐标系
5.2 试样制备
试样的铺层顺序需满足对称、均衡的条件。在试样中面圆形中央粘接区域外引入嵌入物预制分
层,中央粘接区域半径r为(25±1)mm,嵌入物的厚度不应超过10μm。若复合材料固化温度不高于
200℃宜使用聚四氟乙烯薄膜。若高于200℃宜使用聚酰亚胺薄膜,聚酰亚胺薄膜应在嵌入层合板之
前用脱模剂涂覆或喷涂。薄膜应在涂覆脱模剂之前切割成合适的尺寸。含有硅的脱模剂会穿透各单层
而污染层合板,烘烤薄膜有利于防止硅在复合材料层间中迁移。薄膜涂覆脱模剂后,在130℃条件下烘
烤30min,该过程需进行两次。小心操作,避免脱模剂的涂层被损坏和擦除。
5.3 试样要求
采用超声C扫描成像系统对试样进行检测,裂纹前缘偏心率不应超过5%,试样中央粘接区域形心
轴与试样上下表面形心轴偏差不应超过1mm。
5.4 试样数量
每组有效试样数量应不少于5个。
6 试验设备
6.1 拉扭复合试验机
试验机的载荷传感器、位移传感器与扭转角传感器应被校准,最大允许误差为±1%。试验机应能
连续地测量并记录载荷、位移、扭转角。
6.2 夹具
夹具由两个钢制加载板与两个钢制粘贴板组成,如图3所示,其中钢制粘贴板的凸台面内圆半径为
R,每个加载板和粘贴板上均有对称分布的钻孔,通过螺栓连接配对使用。夹具具体尺寸按附录A。
a) 加载板
b) 粘贴板
标引序号说明:
1---粘贴板凸台面;
R---粘贴板凸台面内圆半径。
图3 夹具示意图
6.3 测量仪器
游标卡尺精度为0.01mm或类似量具。
6.4 扭矩扳手
扭矩扳手的精度应满足试验要求,经计量检定合格,并在有效期内使用。
6.5 超声C扫描成像系统
超声C扫描成像系统应符合GB/T 38537的要求。
7 试验条件
GB/T 1446规定的实验室标准环境条件。
8 试验步骤
8.1 试验前准备
8.1.1 按5.3的要求检查试样,检查合格的试样应编号。
8.1.2 按GB/T 1446的规定对试样进行状态调节。
8.1.3 状态调节后,用游标卡尺测量并记录试样3个不同截面处的厚度2h,精确到0.01mm,取算术平
均值;测量并记录粘贴板凸台面内圆3处不同位置的直径2R,精确到0.01mm,取算术平均值。
8.2 试样与粘贴板粘接
将试样上下表面通过胶黏剂分别粘接在粘贴板的凸台面上,确保试样中央粘接区域圆心与粘贴板
凸台面圆心对齐,偏差不应超过1mm,如图4所示。建议使用剪切强度不低于30MPa、拉伸强度不低
于35MPa的室温固化胶黏剂。
标引序号说明:
1---粘贴板;
2---试样。
图4 试样与粘贴板粘接示意图
8.3 试样安装
8.3.1 如图5所示,将试样-粘贴板组合件与加载板连接,采用对角拧紧的方式用手拧紧夹具上的螺
栓,保证夹具不会松动。
8.3.2 如图6所示,将安装好的试样-夹具组合件放置于试验机上,使夹具加载板的形心轴与试验机夹
头方向对中。
8.3.3 采用液压夹持加载的方式对试样-夹具组合件施加夹持力,然后采用对角拧紧的方式以15N·m
的力矩再次拧紧夹具上的螺栓。
标引序号说明:
1---加载板;
2---粘贴板;
3---试样。
图5 粘贴板与加载板连接示意图
标引序号说明:
1---试验机夹头;
2---加载板;
3---固定螺栓;
4---粘贴板;
5---试样。
图6 试样-夹具组合件加载示意图
8.4 最大扭矩标定试验
另取3件相同试样,以0.2°/min的扭转速率加载直至试样发生分层断裂,记录最大扭矩,取算术平
均值Tmax。
8.5 Ⅰ型-Ⅲ型混合分层断裂试验
8.5.1 按试验要求的Ⅰ型-Ⅲ型混合比确定预设扭矩Te,Te/T max至少选取3个不同的比值,推荐0.85、
0.60、0.35。
8.5.2 对试样以0.2°/min的速率施加扭转载荷至Te。
8.5.3 保持Te不变,以0.2mm/min的速率施加拉伸载荷,直至试样分层断裂。
8.6 数据记录
记录破坏前的最大拉伸载荷Pc,用游标卡尺测量试样中央粘接区域3处不同位置的直径2r,精确
到0.01mm,取算术平均值。
8.7 失效模式
试样预制分层平面处发生分层破坏是可接受的失效模式,其他失效模式不可接受。
9 结果计算
9.1 Ⅲ型临界应力强度因子
Ⅲ型临界应力强度因子KⅢC按公式(1)~公式(3)计算:
KⅢC=ηⅢ
2Te
πr3
πrfⅢ ×10-6 (1)
fⅢ =
8 1-
R 1+
2R+
128
+0.208
5é
êê
úú (2)
ηⅢ =1.032
-0.351
(3)
式中:
KⅢC---Ⅲ型应力强度因子的临界值,单位为兆帕二分之一次方米(MPa m);
fⅢ ---Ⅲ型应力强度因子关于
的修正系数;
ηⅢ ---Ⅲ型应力强度因子关于
的修正系数;
Te ---预设扭矩,单位为牛米(N·m);
r ---试样中央粘接区域半径,单位为米(m);
R ---粘贴板凸台面内圆半径,单位为米(m);
h ---试样厚度的一半,单位为米(m)。
9.2 Ⅲ型层间断裂韧性
Ⅲ型层间断裂韧性GⅢC按公式(4)计算:
GⅢC=
Gxy Gyz
K2ⅢC×106 (4)
式中:
GⅢC---Ⅲ型层间断裂韧性,单位为焦耳每平方米(J/m2);
Gxy ---试样的x-y平面剪切弹性模量,单位为兆帕(MPa);
Gyz ---试样的y-z平面剪切弹性模量,单位为兆帕(MPa);
Gxy的测定按照GB/T 28889执行,Gyz测定试样与GB/T 28889试样形状尺寸相同,铺层方向垂直
于试样宽度方向,测试方法按照GB/T 28889执行。
9.3 Ⅰ型临界应力强度因子
Ⅰ型临界应力强度因子KⅠC按公式(5)~公式(7)计算:
KⅠC=ηⅠ
Pc
πr2
π(R-r)fⅠ ×10-6 (5)
fⅠ =
R 1+
2R+
-0.363
+0.731
4é
êê
úú (6)
ηⅠ =1.1545
-1.283
(7)
式中:
KⅠC---Ⅰ型应力强度因子的临界值,单位为兆帕二分之一次方米(MPa m);
fⅠ ---Ⅰ型应力强度因子关于
的修正系数;
ηⅠ ---Ⅰ型应力强度因子关于
的修正系数;
Pc ---最大拉伸载荷,单位为牛(N)。
9.4 Ⅰ型层间断裂韧性
Ⅰ型层间断裂韧性GⅠC按公式(8)计算:
GⅠC=
Ezz
K2ⅠC×106 (8)
式中:
GⅠC---Ⅰ型层间断裂韧性,单位为焦耳每平方米(J/m2);
Ezz ---试样沿厚度方向的弹性模量,单位为兆帕(MPa)。
Ezz的测定按照GB/T 41762.1执行。
9.5 Ⅰ型-Ⅲ型混合层间断裂韧性
Ⅰ型-Ⅲ型混合层间断裂韧性Gc按公式(9)计算:
GC=GⅠC+GⅢC (9)
9.6 Ⅲ型模式混合比
Ⅲ型模式混合比φ按公式(10)计算:
φ=
GⅢC
GC
(10)
式中:
φ---......
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