聚合物基复合材料层压板拉伸性能标准试验方法（D3039）

聚合物基复合材料层压板拉伸性能标准试验方法（D3039）

ASTM 标准：D 3039/D 3039M–00

聚合物基复合材料拉伸性能标准试验方法1

Standard Test Method for Tensile Properties

of Polymer Matrix Composite Materials

1 范围

1.1 本试验方法适用于测定高模量纤维增强的聚合物基复合材料的面内拉伸性能。复合材料形式限定于连续或不连续纤维增强的复合材料，且层压板关于试验方向是均衡、对称的。

1.2 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相符。

1.3 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 参考文献

2.1 ASTM标准

D 792 置换法测量塑料的密度和比重（相对密度）的试验方法2；

Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by

Displacement

D 883 与塑料有关的术语2；

Terminology Relating to Plastics

D 2584 固化增强树脂的灼烧损失试验方法3；

Test Method for Ignition Loss of Cured Reinforced Resins

D 2734 增强塑料孔隙含量试验方法3；

Test Method for Void Content of Reinforced Plastics

D 3171 复合材料的组分含量试验方法4；

Test Methods for Constituent Content of Composites Materials

D 3878 复合材料术语4；

Terminology for Composite Materials

D 5229/D 5229M 聚合物基复合材料的吸湿性能及平衡状态调节试验方法4；

Test Method for Moisture Absorption Properties and Equilibrium Conditioning of

Polymer Matrix Composite Materials

E 4 试验机力标定操作规程5；

Practices for Force Verification of Testing Machines

E 6 与力学试验方法有关的术语5；

Terminology Relating to Methods of Mechanical Testing

1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D30.04直接负责。当前版本于2000年4月10日批准，2000年7月出版。最初出版为：D 3039–71T。上一版本为：D 3039–95a。

2ASTM标准年鉴，V ol 08.01。

3ASTM标准年鉴，V ol 08.02。

4ASTM标准年鉴，V ol 15.03。

E 83 引伸计分类及标定的操作规程5；

Practice for Verification and Classification of Extensometers

E 111 杨氏模量、正切模量及弦向模量试验方法5；

Test Method for Young’s Modulus, Tangent Modulus, and Chord Modulus

E 122 选择样本尺寸用以估计批次或工艺质量测量的操作规程6；

Practice for Choice of Sample Size to Estimate a Measure of Quality for a Lot or

Process

E 132 室温下泊松比试验方法5；

Test Method for Poisson’s Ratio at Room Temperature

E 177 ASTM试验方法中各项精度和偏差的使用的操作规程6；

Practice for Use of the Terms Precision and Bias in ASTM Test Methods

E 251 粘贴式金属电阻应变片特性试验方法5；

Test Methods for Performance Characteristics of Metallic Bonded Resistance

Strain

Gages

E 456 与质量和统计有关的术语6；

Terminology Relating to Quality and Statistics

E 691 由实验室的结果确定一种试验方法的精度的操作规程6；

Practice for Conducting an Interlaboratory Study to Determine the Precision of a Test

Method

E 1012 拉伸载荷下试样对中标定的操作规程5；

Practice for Verification of Specimen Alignment Under Tensile Loading

E 1237 粘贴式电阻应变片安装指南5；

Guide for Installing Bonded Resistance Strain Gages

3 术语

3.1 定义——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和操作规程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：

注释——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，出于方便表示的目的指定了一个可测量的参数。公差可能被作为一个名义值，用于为参数确定一个可接受的范围。

3.2.2 过渡区——应力–应变或应变–应变曲线上的一个应变区，即曲线斜率明显改变的区域，产生于一个很小的应变范围内。

3.2.3 过渡应变，εtransition——在一条双线性应力–应变或应变–应变曲线上的两条基本上线性部分之间的过渡区中间范围的应变值。

3.2.3.1 讨论——加载时，许多长丝复合材料基本上显示出双线性特性，例如纵向应力-纵向应变或横向应变-纵向应变的关系曲线图。不同的原因导致了过渡区的存在，常见的例子包括：拉伸载荷下的基体裂纹和单层之间的分层。

3.3 符号：

3.3.1 A——试样最小横截面面积。

3.3.2 B y——对于矩形横截面的单轴试样，关于试样y轴（窄方向）的弯曲百分比。

3.3.3 B z——对于矩形横截面的单轴试样，关于试样z轴（宽方向）的弯曲百分比。

3.3.4 CV——给定性能的样本的离散系数（以百分数表示）。

3.3.5 E——试验方向上的弹性模量。

3.3.6 F tu——试验方向上的极限拉伸强度。

3.3.7 F su——试验方向上的极限剪切强度。

3.3.8 h——试样厚度。

3.3.9 L g——引伸计标距。

3.3.10 L min——所需的粘接加强片的最小长度。

3.3.11 n——每个样本的试样数。

3.3.12 P——试样承受的载荷。

3.3.13 P f——试样破坏时承受的载荷。

3.3.14 P max——试样破坏前承受的最大载荷。

3.3.15 s n-1——给定性能的样本的标准差。

3.3.16 w——试样宽度。

3.3.17 x i——给定性能在一个样本中单个试样的试验结果。

3.3.18 x——给定性能在一个样本中的平均值或均值（估计平均值）。

3.3.19 δ——拉伸位移。

3.3.20 ε——应变的通用符号，无论是正应变还是剪切应变。

3.3.21 ε——应变传感器或引伸计上读出的正应变值。

3.3.22 σ——正应力。

3.3.23v——泊松比。

4 试验方法概述

4.1 将具有常矩形横截面的薄板状试样安装于试验机夹头中，均匀施加拉伸载荷并记录载荷值。由试样破坏前的承受的最大载荷确定材料的极限强度。如果使用应变或位移传感器来测量试样的应变，则可以确定材料的应力–应变响应，从而得到材料的极限拉伸应变、拉伸弹性模量、泊松比和过渡应变。

5 意义与用途

5.1 制定本试验方法是为了得到用于材料规范、研究与开发、质量保证以及结构设计和分析的拉伸性能数据。影响拉伸特性并应该在报告中给出的因素包括：材料、材料制备和铺贴、试件铺层顺序、试件制备、试件状态调节、试验环境、试件对中和夹持、试验速度、在某一温度下的时间、孔隙含量和增强体的体积百分比。从本试验方法可获得试验方向的以下性能参数：

5.1.1 极限拉伸强度；

5.1.2 极限拉伸应变；

5.1.3 弦向拉伸弹性模量；

5.1.4 泊松比；

5.1.5 过渡应变。

6 影响因素

6.1 材料和试件制备——粗糙的材料加工操作方法、缺乏控制的纤维定位以及不适当的试样加工引起的损伤，是引起复合材料中材料数据高度分散的已知因素。

6.2 夹持——由于夹持而引起的破坏有很高的百分比，尤其是材料数据的分散性很大时，说明试件的夹持出现问题。试件的夹持方法将在

7.2.4节、

8.2节和11.5节中讨论。

6.3 系统对中度——过度弯曲引起试样提前破坏，同时也使弹性模量出现较大偏差。应尽量消除