この規格 プレビューページの目次
※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。
序文
ISO (国際標準化機構) は、国家標準化団体 (ISO メンバー団体) の世界的な連合体です。国際規格の作成作業は通常、ISO 技術委員会を通じて行われます。技術委員会が設立された主題に関心のある各会員団体は、その委員会に代表される権利を有します。政府および非政府の国際機関も ISO と連携してこの作業に参加しています。 ISO は、電気技術の標準化に関するあらゆる事項について、国際電気標準会議 (IEC) と緊密に協力しています。
この文書の作成に使用される手順と、そのさらなる保守を目的とした手順は、ISO/IEC 指令Part 1 部に記載されています。特に、さまざまなタイプの ISO 文書に必要なさまざまな承認基準に注意する必要があります。この文書は、ISO/IEC 指令Part 2 部の編集規則に従って起草されました ( www.iso.org/directives を参照)
この文書の要素の一部が特許権の対象となる可能性があることに注意してください。 ISO は、かかる特許権の一部またはすべてを特定する責任を負わないものとします。文書の作成中に特定された特許権の詳細は、序論および/または受け取った特許宣言の ISO リストに記載されます ( www.iso.org/patents を 参照)
本書で使用されている商号は、ユーザーの便宜のために提供された情報であり、推奨を構成するものではありません。
規格の自主的な性質、適合性評価に関連する ISO 固有の用語と表現の意味、および貿易の技術的障壁 (TBT) における世界貿易機関 (WTO) 原則への ISO の準拠に関する情報については、次の情報を参照してください。次の URL: www.iso.org/iso/foreword.html
この文書は、技術委員会 ISO/TC 61, プラスチック、小委員会 SC 13, 複合材料および強化繊維によって作成されました。
ISO 20975 シリーズのすべての部品のリストは、ISO の Web サイトでご覧いただけます。
導入
複合材料の用途が増加するにつれて、厚さ方向の機械的特性を評価するための試験方法の必要性が認識されてきました。 ASTM D6415 [ 1] および ASTM D7291 [ 2] は、面外特性を評価するために提案されました。ただし、ASTM D6415 には、厚さ方向の引張弾性率を評価する方法がありません。これは、この試験方法が繊維強化ポリマーマトリックス複合積層パネルの曲り梁強度の評価に基づいているためです。さらに、ASTM D7291に関しては、以下の問題が報告されている[ 2] 。試験片とローディングタブの間に接着が必要なため、試験片内の応力分布が不均一となり、局所的な応力集中が発生します[ 3], [4] 。これは、破壊荷重が応力集中点に生じる最大応力に依存することを意味します。したがって、ASTM D7291 によって評価された厚さ方向の強度を他の試験片と単純に比較することはできません。さらに、ASTM D7291 に基づいて評価された見かけの面外弾性率は、ひずみゲージの位置、ひずみゲージの長さ、試験片の厚さによって変化することが報告されています[ 5] 。この文書は、複合材料の厚さ方向の機械的特性を評価するための試験方法を提供します。
1 スコープ
この文書では、強度、破壊ひずみ、弾性率など、積層炭素繊維強化プラスチック (CFRP) 複合材料の厚さ方向 (面外) 引張特性を測定するための曲げ試験方法を規定しています。この文書は一方向 CFRP (UD-CFRP) ラミネートに適用されます。さらに、厚さ方向の引張強さのサイズ効果による有効体積の計算についても説明します。
2 規範的参照
以下の文書は、その内容の一部またはすべてがこの文書の要件を構成する形で本文中で参照されています。日付が記載された参考文献については、引用された版のみが適用されます。日付のない参照については、参照文書の最新版 (修正を含む) が適用されます。
- ISO 291, プラスチック — 調整および試験用の標準雰囲気
- ISO 1268-1, 繊維強化プラスチック — テストプレートの製造方法 — Part 1: 一般条件
- ISO 1268-4, 繊維強化プラスチック — テストプレートの製造方法 — Part 4 部: プリプレグの成形
- ISO 2818, プラスチック — 機械加工による試験片の作成
- ISO 5893, ゴムおよびプラスチック試験装置 — 引張、曲げおよび圧縮タイプ (一定速度の移動) — 仕様
- ISO 20501, ファイン セラミックス (アドバンスト セラミックス、アドバンスト テクニカル セラミックス) — 強度データのワイブル統計
3 用語と定義
この文書の目的上、次の用語と定義が適用されます。
ISO と IEC は、標準化に使用する用語データベースを次のアドレスで維持しています。
3.1
曲げ試験のスパン長さ
L
サポート間のスパンの長さ
3.2
曲げ荷重
P
いつでもローディングノーズから試験片にかかる荷重
3.3
厚さ方向の引張応力
σ
スパン中央における曲げ試験片の外面の公称応力
注1：式(2)の関係により算出されます。
3.4
偏向
D
曲げ中に試験片の中間スパンの上面または底面が元の位置からたわんだ距離
3.5
厚さ方向のひずみ
ε
中間スパンにおける試験片の外面の要素の長さの公称分数変化
3.6
厚さ方向の引張強さ
σ f
曲げ試験による最大厚さ方向引張応力または破断時の厚さ方向応力
3.7
厚み方向弾性率
E
厚さ方向の応力-ひずみ曲線の線形領域から計算された傾き
3.8
板厚方向の強度データのワイブル係数
m
ワイブル分布の確率密度関数を決定する経験的パラメータ
3.9
曲げ試験片の有効体積
V eff
試験片と同じ破断確率を持つ同等の一軸引張試験片のサイズ
注記 1:有効体積は、強度のワイブルサイズ効果のパラメータです。曲げ試験の厚さ、幅、スパン長と梁理論に基づくワイブル弾性率から計算されます。
参考文献
| 1 | ASTM D6415, 繊維強化ポリマー-マトリックス複合材料の湾曲ビーム強度を測定するための標準試験方法 |
| 2 | ASTM D7291, 繊維強化ポリマーマトリックス複合材料の厚さ方向の「平面方向」引張強さと弾性率の標準試験方法 |
| 3 | 原 E, 横関 T, 八田 H, 石川 T, 岩堀 Y, 直接引張法で測定した配向 CFRP の面外強度に及ぼす形状と試験片サイズの影響。複合材料: Part A 2010;41:1425–33 |
| 4 | 原 英、横関 達、八田 英、岩堀 裕、小笠原 達、石川 達、三点曲げ試験および直接荷重試験により得られた配向 CFRP の面外引張強さの比較。複合材料: Part A 2012;43:1828–36 |
| 5 | 原 英、横関 哲、八田 英、岩堀 裕、石川 哲、直接荷重により求めた CFRP ラミネートの面外引張弾性率。複合材料: Part A 2010;41:1538–44 |
| 6 | JIS K 7096,炭素繊維強化プラスチックの厚み方向引張特性試験方法 − 曲げ法 |
| 7 | ISO 5725-2, 測定方法と結果の精度 (真性と精度) — Part 2: 標準測定方法の再現性と再現性を決定するための基本方法 |
| 8 | ISO 5725-6, 測定方法と結果の精度 (真性と精度) — Part 6: 精度値の実践での使用 |
| 9 | ISO 5725-1, 測定方法と結果の精度 (真性と精度) — Part 1: 一般原則と定義 |
| 10 | ISO 14125, 繊維強化プラスチック複合材料 — 曲げ特性の測定 |
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives ).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents ).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following URL: www.iso.org/iso/foreword.html
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 13, Composites and reinforcement fibres.
A list of all parts in the ISO 20975 series can be found on the ISO website.
Introduction
With the increasing number of applications of composite materials, the necessity of a test method for evaluating through-thickness mechanical properties has been recognized. ASTM D6415[1] and ASTM D7291[2] were proposed for evaluating out-of-plane properties. However, ASTM D6415 has no method for evaluating through-thickness tensile modulus because this test method is based on evaluating the curved beam strength of a fibre-reinforced polymer matrix composite laminate panel. Further, the following problems have been reported regarding ASTM D7291[2]; bonding between the specimen and the loading tab is required, the stress distribution in the specimen is not uniform, and a local stress concentration is generated[3],[4]. This means that the fracture load depends on the maximum stress induced at the point of the stress concentration. Therefore, through-thickness strength evaluated by ASTM D7291 cannot be simply compared with other specimens. In addition, it was reported that the apparent out-of-plane modulus evaluated under ASTM D7291 varies with strain gage position, strain gage length, and specimen thickness[5]. This document provides a test method to evaluate the through-thickness mechanical properties of composite materials.
1 Scope
This document specifies a flexural test method for determining the through-thickness (out-of-plane) tensile properties of laminated carbon fibre-reinforced plastic (CFRP) composites, including strength, fracture strain, and modulus. This document is applicable to unidirectional CFRP (UD-CFRP) laminates. In addition, the calculation of effective volume is also described due to size effects of the through-thickness tensile strength.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
- ISO 291, Plastics — Standard atmospheres for conditioning and testing
- ISO 1268-1, Fibre-reinforced plastics — Methods of producing test plates — Part 1: General conditions
- ISO 1268-4, Fibre-reinforced plastics — Methods of producing test plates — Part 4: Moulding of prepregs
- ISO 2818, Plastics — Preparation of test specimens by machining
- ISO 5893, Rubber and plastics test equipment — Tensile, flexural and compression types (constant rate of traverse) — Specification
- ISO 20501, Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Weibull statistics for strength data
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
3.1
span length of flexural test
L
length of span between supports
3.2
flexural load
P
load on specimen from loading nose at any given time
3.3
through-thickness tensile stress
σ
nominal stress in the outer surface of the flexural test specimen at mid-span
Note 1 to entry: It is calculated according to the relationship given by Formula (2).
3.4
deflection
D
distance through which the top or bottom surface of the test specimen at mid-span has deflected during flexure from its original position
3.5
through-thickness strain
ε
nominal fractional change in length of an element in the outer surface of the test specimen at mid-span
3.6
through-thickness tensile strength
σf
maximum through-thickness tensile stress by flexural test or through-thickness stress at failure
3.7
through-thickness modulus
E
slope calculated from linear region of through thickness stress–strain curve
3.8
Weibull modulus of through-thickness strength data
m
empirical parameter that decides the probability density function of the Weibull distribution
3.9
effective volume of flexural specimen
Veff
size of an equivalent uniaxial tensile specimen that has the same probability of rupture as the test specimen
Note 1 to entry: The effective volume is parameter of Weibull size effects of strength. It is calculated from the thickness, the width and the span length of the flexural test, and the Weibull modulus based on beam theory.
Bibliography
| 1 | ASTM D6415, Standard test method for measuring the curved beam strength of a fiber-reinforced polymer–matrix composite |
| 2 | ASTM D7291, Standard test method for through-thickness “flatwise” tensile strength and elastic modulus of a fiber-reinforced polymer matrix composite material |
| 3 | Hara E, Yokozeki T, Hatta H, Ishikawa T, Iwahori Y, Effects of geometry and specimen size on out-of-plane strength of aligned CFRP determined by direct tensile method. Composites: Part A 2010;41:1425–33 |
| 4 | Hara E, Yokozeki T, Hatta H, Iwahori Y, Ogasawara T, Ishikawa T, Comparison of out-of-plane tensile strengths of aligned CFRP obtained by 3-point bending and direct loading tests. Composites: Part A 2012;43:1828–36 |
| 5 | Hara E, Yokozeki T, Hatta H, Iwahori Y, Ishikawa T., CFRP laminate out-of-plane tensile modulus determined by direct loading. Composites: Part A 2010;41:1538–44 |
| 6 | JIS K 7096, Test method for through-thickness tensile properties of carbon fibre reinforced plastics — Flexure method |
| 7 | ISO 5725-2, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 2: Basic method for the determination of repeatability and reproducibility of a standard measurement method |
| 8 | ISO 5725-6, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 6: Use in practice of accuracy values |
| 9 | ISO 5725-1, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 1: General principles and definitions |
| 10 | ISO 14125, Fibre-reinforced plastic composites — Determination of flexural properties |