GB/T 45011-2024 纤维增强复合材料冲击失效试验方法

ICS83.120
CCS Q 23
中华人民共和国国家标准
GB/T45011—2024
纤维增强复合材料冲击失效试验方法
Testmethodforimpactfailureoffiberreinforcedpolymermatrixcomposites
2024-11-28发布2025-06-01实施
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会发布

前 言
本文件按照GB/T1.1—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/TC39)归口。
本文件起草单位:北京玻钢院复合材料有限公司、中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究
院、中航试金石检测科技(大厂)有限公司、常州达姆斯检测技术有限公司、北京市科学技术研究院分析
测试研究所(北京市理化分析测试中心)、安徽梦克斯航空科技有限公司、北京玻钢院检测中心有限公
司、上海上玻检测有限公司、山东硕远新材料有限公司、中建八局科技建设有限公司。
本文件主要起草人:贺靖、孙超明、王嵘、陶紫珊、王贞、许经纬、郭霞、李懿、彭兴财、张旭、邓忠波、
莫翔友、郑凌祺、尹航、刘廷淇、谢浩俊、周尔旦。
Ⅰ
GB/T45011—2024

纤维增强复合材料冲击失效试验方法
1 范围
本文件规定了纤维增强复合材料冲击失效的原理、试样、试验装置、试验步骤、计算和试验报告。
本文件适用于测定纤维增强复合材料薄壁层合板的平均失效能。
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/T1446 纤维增强塑料性能试验方法总则
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
平均失效高度 mean-failureheight
冲击杆冲击造成测试样本测试点50%失效的高度。
3.2
平均失效能 mean-failureenergy
冲击杆冲击造成测试样本测试点50%失效的能量。
4 原理
安装于冲击工装固定板和木框之间的矩形试样沿厚度方向在指定测试点受到一定能量的冲击,采
用平头探针轻探冲击区域,针尖穿透试样则试样失效,否则试样未失效。
5 试样
5.1 试样为正方形,边长为(460±3)mm,厚度为(0.25~2.00)mm。
5.2 每个试样选取4个测试点。测试点位置如图1所示,图1中未标注公差按照±0.25mm。
1
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单位为毫米
标引符号说明:
☉———测试点,半径为5mm。
图1 试样测试点位置和装配孔位置
5.3 参考金属固定板的孔位置对试样进行打孔,共计25个孔,要求加工后试样可安装于木框与金属固
定板之间。
5.4 每组试样至少6个,其中一个为备用试样,测试时需保证完成20个有效测试点。
6 试验装置
6.1 试验装置由支撑架、冲击杆、导向管、冲击头、金属固定板和木框组成,如图2所示。支撑架、冲击
杆、导向管为304不锈钢,冲击头为合金钢(硬度不低于HRC60),木框材质为硬木。试样固定于金属固
定板和木框中间,冲击杆与冲击头为独立的两部分无连接,通过导向管保证冲击杆自由落下后与冲击头
平面一端正面碰撞。导向管内径为(38±0.5)mm,粗糙度Ra 为1.6μm。
2
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标引序号说明:
1 ———支撑架;
2 ———金属固定板;
3 ———木框;
4 ———试样;
5 ———销子;
6 ———蝶形螺母;
7 ———螺钉;
8 ———调平螺母;
9 ———螺母;
10———导向管;
11———冲击杆;
12———冲击头。
图2 试验装置示意图
6.2 冲击杆用于施加冲击动能,质量依据试样冲击失效能来选择,需制造相应质量的冲击杆以满足试
验需求。与冲击头的接触端直径为(35.00±0.15)mm,冲击杆提拉端无尺寸要求,如图3所示。
3
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单位为毫米
标引序号说明:
1———冲击杆提拉端(可无);
2———冲击头接触端。
图3 冲击杆
6.3 冲击头尺寸如图4所示,图4中未标注公差按照±0.25mm。
单位为毫米
标引序号说明:
1———球形半径;
2———平面。
图4 冲击头
6.4 金属固定板和木框尺寸如图5所示,图5中未标注公差按照±0.25mm。
4
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单位为毫米
标引序号说明:
1———金属固定板;
2———木框。
图5 金属固定板和木框
6.5 探针尺寸如图6所示,材质为钢。
单位为毫米
图6 探针示意图
7 试验步骤
7.1 试样状态调节
试样状态调节按GB/T1446中的规定。
5
GB/T45011—2024
7.2 试验前准备
7.2.1 将合格试样进行编号、测试点标记并测量测试点是否满足图1的位置要求。测量精度为1mm。
7.2.2 将打孔后试样按照孔位穿过螺钉固定于木框内,将金属固定板置于其上,之后将蝶形螺母拧
紧,将试样固定于金属固定板和木框中间。
7.2.3 将固定后的试样放置在冲击管的下面,在平整的地面上完成测试。
7.2.4 调整木框位置,确保冲击头位于测试点位上方,冲击杆放置于冲击头顶部接触位置,此时冲击杆
高度记为0mm。
7.3 确定初始冲击能
对于首次进行冲击性能评价的试样,需要预估材料的冲击失效能,使用备用试样按照预估冲击失效
能进行第一次冲击试验。若试样失效则降低冲击高度,若试样未失效则增加冲击高度,进行循环测试以
缩小材料的预估冲击失效能范围。对每个标记的测试点应只冲击一次,不准许冲击杆反弹后造成二次
冲击。宜使用预估冲击失效能的20%~50%的对应高度为增减单位进行冲击试验,当最小失效能和最
大未失效能的能量差小于最小失效能的20%时,将最小失效能作为初始冲击能。
7.4 试样测试
7.4.1 使用初始冲击能进行试样测试,宜使用不大于10%初始冲击能对应的高度dh 为冲击能量增减
单位。每个标记的测试点冲击一次,不准许冲击杆反弹后造成二次冲击。冲击造成试样失效时,以高度
dh 为单位逐次降低冲击能,直至试样不发生失效。
7.4.2 冲击未造成试样失效时,以高度dh 为单位逐次增加冲击能,直至试样失效。
7.4.3 重复7.4.1或7.4.2直至完成不少于20次冲击。
7.4.4 失效判断:使用探针轻轻探测冲击区域来判定试样是否穿透,如果施加轻微压力后尖端完全穿
透,判定试样失效;如表面(正面或背面)局部小面积分层或表面纤维(正面或背面)轻微断裂,针尖未完
全穿透,判定试样未失效。
8 计算
8.1 试验结果统计
试验结果统计见表1,计算案例见附录A。
表1 试验结果统计
试验编号
高度
mm
冲击结果(X表示试样失效,O 表示试样未失效)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
nX nO i ni inii2ni
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表1 试验结果统计(续)
试验编号
高度
mm
冲击结果(X表示试样失效,O 表示试样未失效)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
nX nO i ni inii2ni
合计N X N O — N A B
平均失效能EMFE/J
注:nX———对应冲击高度hi 下失效次数,N X 为nX 合计;
nO———对应冲击高度hi 下未失效次数,N O 为nO 合计;
i———0,1,2,…,k(计算指数,从hO 处开始);
ni———试验在hi 处发生的次数(nX 和nO 的最小值)。
8.2 平均失效高度计算
在计算平均失效高度h 时,如果参与计算的N 是失效次数的合计,则使用公式(1)计算;如果参与
计算的N 是未失效次数的合计,则使用公式(2)计算;如果失效总数N X 与未失效总数N O 相同,则使
用公式(3)计算:
h =h0 +dh
A
N -0.5 æ
è ç
ö
ø ÷
…………………………(1)
式中:
h ———平均失效高度,单位为毫米(mm);
dh———高度增量,单位为毫米(mm);
h0 ———参与计算的试验中落锤高度的最小失效值,单位为毫米(mm);
A =Σk
i=0ini;
N ———N X 和N O 最小值。
h =h0 +dh
A
N +0.5 æ
è ç
ö
ø ÷
…………………………(2)
h =h0 +dh
A
N
æ
è ç
ö
ø ÷
…………………………(3)
8.3 平均失效能计算
按公式(4)计算平均失效能:
EMFE =hwf …………………………(4)
式中:
EMFE———平均失效能,单位为焦(J);
w ———落锤重量,单位为千克(kg);
f ———焦耳换算系数,9.80665×10-3。
8.4 高度标准偏差计算
按公式(5)计算高度标准偏差Sh:
Sh =1.62dh
B
N - A
N
æ
è ç
ö
ø ÷
é 2
ë êê
ù
û úú
+0.047dh …………………………(5)
式中:
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Sh———高度标准偏差,单位为毫米(mm);
B=Σk
i=0i2ni。
8.5 失效能标准偏差计算
按公式(6)计算失效能标准偏差?SMFE:
?SMFE =Shwf …………………………(6)
式中:
?SMFE———失效能标准偏差,单位为焦(J)。
9 试验报告
试验报告应包括下列内容:
a) 试验项目名称及本文件编号;
b) 试样规格;
c) 试样编号、形状、尺寸及数量;
d) 试验温度和相对湿度;
e) 试验设备编号及使用情况等;
f) 试验结果,参照表1形式汇总,平均失效能按第8章的规定处理(如有必要,需将平均失效高
度、高度标准偏差以及失效能标准偏差进行计算并在报告中列出);
g) 试验人员、日期及其他。
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附 录 A
(资料性)
计算案例
A.1 试验结果汇总见表A.1。
表A.1 试验结果汇总
高度/mm
试验结果
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
60 X X X X X X X X X
55 O X O X O O O O X O O
50 O O O
A.2 数据处理汇总见表A.2。
表A.2 数据处理汇总
数据处理
nX nO i ni ini i2ni h0/mm
9 0 1 0 0 0
3 8 0 3 0 3
0 3 — 0 0 0
12(N X) 11(N O) — 11(N ) 3(A) 3(B)
55
A.3 按照公式(1)~公式(6)计算平均失效高度h、平均失效能EMFE、高度标准偏差Sh 以及失效能标
准偏差?SMFE,计算结果如下:
a) h0=55mm,dh=5mm,w =5.445kg;
b) 由于(N O=11)<(N X=12),因此使用公式(2)计算:
h=h0+dh(A/N +0.5)=55+5(3/11+0.5)=58.9mm;
c) EMFE=hwf=58.9×5.445×9.80665×10-3=3.145J;
d) Sh=1.62dh [B/N - (A/N )2]+0.047dh =1.62×5× [3/11- (3/11)2]+0.047×5=
1.842mm;
e) ?SMFE=Shwf=1.842×5.445×9.80665×10-3=0.0984J。
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