ICS83.120 CCSQ23 中华人民共和国国家标准 GB/T46220—2025 纤维增强塑料复合材料Ⅰ型疲劳 分层扩展起始的试验方法 TestmethodformodeⅠfatiguedelaminationgrowthonsetof fiber-reinforcedplasticcomposites 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:重庆大学、河北工业大学、天津爱思达新材料科技有限公司、北京航空航天大学、 中国航发北京航空材料研究院、中国科学院宁波材料技术与工程研究所、北京玻钢院检测中心有限公 司、中国飞机强度研究所、北京玻璃钢研究设计院有限公司。 本文件主要起草人:龚愉、赵丽滨、刘千、韩宇、刘丰睿、王雅娜、高原、祝颖丹、张建宇、王绥安、丁常方、 杨节标、杨胜春、徐海兵、亓新新、张为军。 ⅠGB/T46220—2025 纤维增强塑料复合材料Ⅰ型疲劳 分层扩展起始的试验方法 1 范围 本文件描述了纤维增强塑料复合材料Ⅰ型疲劳分层扩展起始试验的原理、试验设备、试样、试验条 件、试验步骤、计算和试验报告。 本文件适用于单向纤维增强塑料复合材料的Ⅰ型疲劳分层扩展起始性能测定。二维织物、多向纤 维增强塑料复合材料的Ⅰ型疲劳分层扩展起始性能测定参照执行。 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/T1446 纤维增强塑料性能试验方法总则 GB/T3961 纤维增强塑料术语 GB/T28891—2012 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 3 术语和定义 GB/T3961和GB/T28891—2012界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 疲劳分层扩展起始 onsetoffatiguedelaminationgrowth Na 从嵌入物处分层开始扩展前所经历的疲劳循环次数。 3.2 Ⅰ型疲劳循环最大应变能释放率 maximumorpeakstrainenergyreleaserateofmodeⅠfatigue delamination GImax 一个循环内,应变能释放率的最大值。 4 原理 采用GB/T28891—2012中规定的双悬臂梁(DCB)试样,在不同的Ⅰ型疲劳循环最大应变能释放 率GImax下,以一定的加载频率和恒定的应力比R对试样施加疲劳位移载荷,记录试样的疲劳裂纹扩展 起始Na,得到GImax-Na曲线。 5 试验设备 试验设备要求与GB/T28891—2012中规定的一致。 1GB/T46220—2025 6 试样 6.1 试样形状及尺寸 试样形状及尺寸按照GB/T28891—2012执行。试样如图1所示。 a) 采用琴式铰链DCB试样 b) 采用加载块DCB试样 标引序号说明: 1———琴式铰链; a0———初始分层长度; 2———加载方向; b———试样宽度; 3———嵌入物; L———试样长度; 4———纤维方向; 2h———试样厚度。 5———加载块; 图1 采用琴式铰链和加载块的DCB试样 6.2 试样数量 获取GImax-Na完整曲线的有效试样应不少于12件。 7 试验条件 7.1 实验室标准环境条件 实验室标准环境条件按照GB/T1446的规定执行。 7.2 试样状态调节 试验前,试样在实验室标准环境条件下至少放置24h。 8 试验步骤 8.1 试验准备 8.1.1 试验应在标准条件[温度(23±2)℃,相对湿度(50±10)%]下进行。 8.1.2 按照GB/T28891—2012的规定,将试样安装到试验机夹具中。如有可能,对试样端部进行支 撑,以保持试样垂直于加载方向。 2GB/T46220—2025 8.1.3 试验准备的更多要求按照GB/T28891—2012中B.4的规定执行。 8.2 静力分层试验 在进行疲劳分层扩展起始试验前,需要进行相同试样的静力分层试验,获得Ⅰ型层间断裂韧性GIC 和嵌入物末端处发生分层扩展时所对应临界位移δcr。静力分层试验的试验步骤和数据处理按照 GB/T28891—2012执行。 8.3 疲劳分层扩展起始试验 8.3.1 确定并记录初始分层长度a0。若不易观察到初始分层,可施加不超过平均循环位移δmean的一个 小位移,以便确定初始分层;也可在试验结束后将试样打开进行确定。 8.3.2 按试验要求选择波形和试验频率。试验波形一般采用正弦波,试验频率推荐为1Hz~10Hz。 8.3.3 按试验目的确定应力比,应力比不宜小于0.1。 8.3.4 测定GImax-Na时。一般至少选取4个GImax水平。选取GImax水平的方案如下: a) 第一个水平以102循环次数为目标; b) 第二个水平以103循环次数为目标; c) 第三个水平以104循环次数为目标; d) 第四个水平以105循环次数为目标。 8.3.5 第一次试验时可以选定GImax=50%[GIC]av。最大循环位移δmax通过公式(1)确定。根据选定的 应力比和最大循环位移δmax分别计算最小循环位移δmin和平均循环位移δmean。 δ2 max [δcr]2 av=GImax [GIC]av=0.5 …………………………(1) 式中: δmax ———最大循环位移,单位为毫米(mm); [δcr]av———静力分层试验中嵌入物末端处发生分层扩展时所对应临界位移的平均值,单位为毫 米(mm); GImax———Ⅰ型疲劳循环最大应变能释放率,单位为千焦每平方米(kJ/m2); [GIC]av———Ⅰ型层间断裂韧性的平均值,单位为千焦每平方米(kJ/m2)。 8.3.6 开始疲劳试验,测量并记录最大循环载荷Pmax、最大循环位移δmax、试样柔度C以及对应的疲劳 循环次数N。 8.3.7 通过监测试样柔度变化来确定疲劳分层扩展起始。如果在试验过程中不能确定柔度值,则应在 平均循环位移时停止试验,卸载至最小循环位移,记录位移与载荷的关系曲线。然后将试样重新加载到 平均循环位移,继续进行疲劳试验。 8.3.8 绘制试样柔度-疲劳循环次数关系,如图2所示,柔度相比初始值增加5%时对应的疲劳循环次 数作为Na。 3GB/T46220—2025 图2 柔度-疲劳循环次数关系 8.3.9 当出现以下现象时停止试验: a) 柔度增加到初始值的105%以上; b) 试验已超过规定的目标循环数。 9 计算 9.1 Ⅰ型疲劳循环最大应变能释放率GImax计算 根据GB/T28891—2012,Ⅰ型疲劳循环最大应变能释放率通过公式(2)确定。 GImax=3Pmaxδmax 2b(a+|Δ|av)…………………………(2) 式中: GImax———Ⅰ型疲劳循环最大应变能释放率,单位为千焦每平方米(kJ/m2); Pmax———首个疲劳循环(N=1)对应的最大循环载荷,单位为牛(N); δmax———首个疲劳循环(N=1)对应的最大循环位移,单位为毫米(mm); b———试样宽度,单位为毫米(mm); a———首个疲劳循环(N=1)对应的分层长度,单位为毫米(mm); |Δ|av———静力分层试验中获得的分层长度修正量Δ的平均值,单位为毫米(mm)。 9.2 GImax-Na曲线绘制 在单对数坐标系下,纵坐标为GImax(自变量),横坐标为Na(因变量),绘制得到的GImax-Na曲线如 图3所示。 4GB/T46220—2025