聚合物基复合材料层压板充填孔拉伸和压缩标准试验方法(D 6742)

ASTM 标准：D6742/D6742M–02聚合物基复合材料层压板充填孔拉伸和压缩标准试验方法1 Standard Practice for Filled-Hole Tension and Compression Testingof Polymer Matrix Composite Laminates本标准以固定标准号D 6742/6742M颁布；标准号后面的数字表示最初采用的或最近版本的年号。

带括号的数据表明最近批准的年号。

上标（ε）表明自最近版本或批准以后进行了版本修改。

1 范围1.1 本试验方法提供了改进的开孔拉伸和压缩试验方法，以确定充填孔拉伸和压缩强度。

复合材料形式限于连续纤维增强的聚合物基复合材料，且层压板相对于试验方向是对称均衡的。

可以接受的试验层压板和厚度范围在8.2.1节描述。

1.2 对于安装有紧配合紧固件或销钉的孔的试件，本方法对试验方法D 5766/D 5766M（对于拉伸）和D 6484/D 6484M（对于压缩）进行了补充规定。

本试验方法对几个重要的试件参数（例如，紧固件的选择、紧固件安装方法、紧固件孔的公差）没有明确规定，但是，试验结果的重复性则要求对这些参数进行给定并在报告中注明。

1.3 以国际单位（SI）或英制单位（inch–pound）给出的数值可以单独作为标准。

正文中，英制单位在括号内给出。

每一种单位制之间的数值并不严格等值，因此，每一种单位制都必须单独使用。

由两种单位制组合的数据可能导致与本标准的不一致。

1.4 本标准并未打算提及，如果存在的话，与使用有关的所有安全性问题。

在使用本标准之前，本标准的用户有责任建立合适的安全与健康的操作方法，以及确定规章制度的适用性。

2 引用标准2.1 ASTM标准D 792 置换法测量塑料密度和比重（相对密度）试验方法2Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics byDisplacementD 883 与塑料有关的术语2；Terminology Relating to PlasticsD 3171 复合材料组分含量测试方法3Test Method for Constituent Content of Composite MaterialsD 3878 复合材料术语3MaterialsCompositeofTerminologyD 5229/D 5229M 聚合物基复合材料吸湿性能及平衡状态调节试验方法3Test Method for Moisture Absorption Properties and Equilibrium Conditioning of1本试验方法由ASTM的复合材料委员会D30审定，并由单层和层压板试验方法专业委员会D30.05直接负责。

当前版本于2002年10月10日批准，2002年11月出版。

最初出版号D6742/D6742M-01，上一版本号D6742/D6742M-01。

2Annual Book of ASTM Standards, V ol 08.01.Polymer Matrix Composite MaterialsD 5766/D 5766M 聚合物基复合材料开孔拉伸强度试验方法3Test Method for Open Hole Tensile Strength of Polymer Matrix CompositeLaminatesD 6484/D 6484M 聚合物基复合材料开孔压缩强度试验方法3Test Method for Open-Hole Compressive Strength of Polymer Matrix CompositeLaminatesD 6507 复合材料纤维增强方向编码方法3Practice for Fiber Reinforcement Orientation Codes for Composite MaterialsE 6 与力学试验方法有关的术语4；Terminology Relating to Methods of Mechanical TestingE 177 ASTM试验方法中各项精度和偏差的使用的操作规程5；Practice for Use of the Terms Precision and Bias in ASTM Test MethodsE 456 与质量和统计有关的术语5；Terminology Relating to Quality and StatisticsE 1309 数据库中纤维增强聚合物基复合材料的标识指南3Guide for the Identification of Fiber-Reinforced Polymer Matrix CompositeMaterials in DatabasesE 1434 数据库中纤维增强聚合物基复合材料的力学性能试验数据记录指南3Guide for Recording Mechanical Test Data of Fiber-Reinforced CompositeMaterials in Databases3 术语3.1 术语D 3878定义了与高模量纤维及其复合材料有关的术语。

术语D 883定义了与塑料有关的术语。

术语E 6定义了与力学试验有关的术语。

术语E 456和E 177定义了与统计有关的术语。

当各个标准定义的术语之间发生矛盾时，术语D 3878优先于其他标准。

3.2 本标准专用术语定义：注1——如果术语表示一个物理量，它的分析量纲以基本量纲的形式紧跟在该术语（或文字符号）后面予以说明。

方括号内所示的基本量纲采用下面的ASTM标准符号：质量为[M]，长度为[L]，时间为[T]，热力学温度为[Θ]，无量纲量为[nd]。

由于不带方括号时以上这些符号可能有其他的定义，因此这些符号在带方括号时的使用仅限于分析量纲。

3.2.1 名义值——仅存在于名称中的值，出于便于表示的目的，指定了一个可测量的性能。

公差可能被作为一个名义值，用于为性能确定一个可接受的范围。

3.2.2 沉头孔平齐度（裕度）——紧固件安装后，沉头紧固件头部相对于层压板表面的突出深度。

正值表示紧固件头部突出于层压板表面，负值则表示深度低于层压板表面。

3.2.3 沉头孔深度——为了正确安装沉头紧固件所要求的沉头孔深度，即沉头孔平齐度为零。

沉头孔深度通常等于紧固件头的高度。

3.3 符号A——试件的横截面积d——紧固件直径D——试件的孔径4Annual Book of ASTM Standards, Vol 03.01.d csk——沉头孔深度d fl——沉头孔平齐度（裕度）f——边距，即平行于载荷方向、从孔边缘到试件最近一个侧边的距离fhcuF——试验方向上的充填孔极限压缩强度xfhtuF——试验方向上的充填孔极限拉伸强度xg——端距，即平行于载荷方向、从孔边到试件端部的距离h——试件厚度P max——试件承受的最大载荷W——试件宽度4 试验方法概述4.1 充填孔拉伸强度——与试验方法D 5766/D 5766M一致，带有中心孔的对称均衡层压板进行单轴拉伸试验，但是，中心孔安装一个紧配合的紧固件或销钉。

4.2 充填孔压缩强度——与试验方法D 6484/D 6484M一致，带有中心孔的对称均衡层压板进行单轴压缩试验，但是，中心孔安装一个紧配合的紧固件或销钉。

注2——对于两种试验方法，极限强度的计算基于毛横截面积，而忽略充填孔的存在。

虽然充填孔导致了应力集中并减少了净面积，但是，基于毛面积应力而建立的缺口设计许用强度则是航天界通常的实施方法，以便考虑各种形式的应力集中（紧固件孔、自由边、裂纹、损伤等），而无须在应力分析中明确模拟。

5 意义和用途5.1 本方法对试验方法D 5766/D 5766M（对于拉伸）和D 6484/D 6484M（对于压缩）进行了补充规定，以得到用于材料规范、研究与开发、材料设计许用值及质量保证的充填孔拉伸和压缩强度数据。

影响充填孔拉伸和压缩强度并应该在报告中给出的因素包括：材料、材料制备方法、铺贴精度、层压板铺层顺序和总厚度、试件几何形状、试件制备（特别是孔）、紧固件-孔的间隙、紧固件类型、紧固件尺寸、紧固件安装方法、紧固件拧紧力矩（如果使用）、沉头孔深度（如果使用）、试件状态调节、试验环境、试件对中度和夹持、试验速度、孔隙含量和增强体的体积百分比。

本试验方法可以得到下列性能值：F5.1.1 充填孔拉伸（FHT）强度，fhtuxF5.1.2 充填孔压缩（FHC）强度，fhcux6 干扰因素6.1 紧固件-孔间隙——孔与紧固件直径之间的间隙对压缩试验结果有特殊的影响。

25μm[0.001in]的间隙可能明显改变破坏模式，并对强度结果的影响可达到25%(1)6，因此，必须精确测量偶记录孔和紧固件的直径。

对于航空结构的紧固件孔，典型的紧固件-孔间隙的公差范围为+75/-0μm[+0.003/-0.000in]。

对于拉伸载荷，紧固件-空的间隙也将影响充填孔试件的性能，但影响程度小于压缩载荷情况(2-3)。

紧固件安装时，过小的间隙导致的损伤将对强度结果产生影响。

沉头孔平齐度（紧固件头部在沉头孔中的深度或突出）将影响强度结果，因此，必须精确测量并记录。

6.2 紧固件拧紧力矩/预载——安装紧固件的预载（夹持压力）将对结果产生影响。

对于拉伸和压缩情况，紧固件预载的变化将使得层压板的破坏载荷和破坏模式发生显著的变化。

临界预载条件（高或低的夹持压力）根据载荷类型、材料体系、层压板铺层顺序和试验环境而改变(3-5)。

与开孔拉伸（OHT）强度相比，充填孔拉伸（FHT）强度可能高于或低于对应的OHT强度值，这取决于材料体系、铺层顺序、试验环境和紧固件的拧紧力矩。

对于某些铺层，缺口拉伸强度可能具有较高的拧紧力矩临界值，而对于其他铺层，则具有较低的拧紧力矩临界值或开孔），这取决于材料体系的特征（树脂的脆性、纤维的破坏应变，等等）、试验环境和破坏模式。

充填孔压缩（FHC）强度几乎总是高于对应的开孔压缩（OHC）强度，尽管夹持压力临界值的大小依赖于材料体系、铺层顺序和试验环境(5)。

6.3 紧固件类型/孔的制备——紧固件的几何形状和类型以及紧固件的安装方法都将对结果产生影响，孔的制备方法也将对结果产生影响。

6.4 环境——试验的环境条件将对结果产生影响，对于不同环境下进行试验的层压板，其破坏载荷和破坏模式发生显著的变化。

已有的经验表明，对充填孔拉伸强度，低温环境通常是最严重的；而对充填孔压缩强度，湿热环境通常是最严重的。

但是，对于每一种材料体系、铺层顺序和拧紧力矩条件，最严重的环境必须单独评定。