ASTM D 5379/D 5379M 05 Standard Test Method for Shear … · 2018. 7. 2. · ASTM D 5379 Shear Properties of Composite Materials by the V-Notched Beam Method , [email protected]

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ASTM D 5379/D 5379M – 05 Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by the V-Notched Beam Method

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ASTM D 5379 Shear Properties of Composite Materials by the V-Notched Beam Method

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ASTM D 5379/D 5379M – 05 Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by the V-Notched Beam Method 1. Scope

1.1 High-modulus fiber-reinforced composite 재료의 전단특성을 결정하는데 사용하며 Composite소재는 아래의

경우 Continuous-fiber 또는 Discontinuous-fiber-reinforced composites로의 사용이 제한된다.

1.1.1 Fixture rails과 수평 또는 수직인 Fiber 방향을 가지는 일방향 복합재

1.1.2 직조한 복합재

1.1.3 Fixture rails에 대하여 수평 또는 수직방향에 대하여 0°방향으로 대칭인 복합재

1.1.4 불규칙적으로 첨가된 Short-fiber-reinforced 복합재

NOTE 1—본 전단시험의 개념은 금속이나 Ceramic과 같은 등방성 재료에서 사용하는 Fiber 방향은 고려하지

않은 상태에서 개발.

1.2 SI units 및 Inch-pound units 양쪽을 상호 복합적으로 사용하는 경우는 문제가 발생하므로 독립적으로 사용.

1.3 안전에 관련된 사항은 거론되지 않음

2. Referenced Documents 2.1 ASTM Standards D 792 Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by Displacement D 883 Terminology Relating to Plastics D 2584 Test Method for Ignition Loss of Cured Reinforced Resins D 2734 Test Method for Void Content of Reinforced Plastics D 3171 Test Methods for Constituent Content of Composite Materials D 3878 Terminology for Composite Materials D 5229/D 5229M Test Method for Moisture Absorption Properties and Equilibrium Conditioning of Polymer Matrix

Composite Materials E 4 Practices for Force Verification of Testing Machines E 6 Terminology Relating to Methods of Mechanical Testing E 111 Test Method for Young’s Modulus, Tangent Modulus, and Chord Modulus E 122 Practice for Calculation of Sample Size to Estimate, With a Specified Tolerable Error, the Average for

Characteristic of a Lot or Process E 177 Practice for Use of the Terms Precision and Bias in ASTM Test Methods E 251 Test Methods for Performance Characteristics of Metallic Bonded Resistance Strain Gages E 456 Terminology Relating to Quality and Statistics E 1237 Guide for Installing Bonded Resistance Strain Gages 2.2 Other Documents ANSI Y14.5M-1982 Geometric Dimensioning and Tolerancing ANSI/ASME B 46.1-1985 Surface Texture (Surface Roughness, Waviness, and Lay) 2.3 ASTM Adjuncts: V-Notched Beam Shear Fixture Machining Drawings

3. 용어

3.1 정의—ASTM D3878은 High-modulus fibers 및 그의 Composites에 대한 용어를 정의하며 ASTM D883은

Plastic, ASTM E6는 Mechanical testing 관련, E456 과 E177은 통계처리에 관련된 용어를 정의한다.

불일치한 경우에는 ASTM D3878을 기준으로 사용.

NOTE 2—용어가 물성을 나타내는 경우에는 Analytical dimensions을 [M] for mass, [L] for length, [T] for time, [Θ]

for thermodynamic temperature, [nd] for non-dimensional quantities 같이 표시. 갈호 안의 값은 Analytical

dimensions 으로는 사용 제한.

3.2 각 용어의 정의

3.2.1 In-plane shear, n— 전단응력이나 1-2 Plane에 가해진 변형에 관련한 층상에서의 전단 (Material coordinate

system 참조)

3.2.2 Interlaminar shear, n—1-3 또는 2-3 Plane에 가해진 변형이나 전단응력의 결과로 나타나는 전단 특성.

3.2.3 Material coordinate system, n—그림 1과 같이 재료의 주 방위를 나타내는 Cartesian coordinate system.




FIG. 1 Material Coordinate System

3.2.4 Nominal value, n—단지 이름으로 존재하는 값으로서 편리한 목적으로 측정 가능한 값

3.2.5 Shear strength, n—순수 전단조건에서 재료가 파손되는 전단응력

3.2.5.1 Discussion—완전한 전단응력 조건을 만족하는 표준 시험 방법은 없으며 근접한 방법을 사용.

3.3 Symbols

3.3.1 A = 시편의 단면적

3.3.2 CV = 통계적인 분산계수(%)

3.3.3 Fsu

= Ultimate shear strength in the test direction 3.3.4 F

u = Ultimate strength in the test direction

3.3.5 F°(offset) = 정해진 Shear strain에서 shear chord modulus of elasticity를 Stress-strain curve에 그어 만나는

점에서의 Shear stress

3.3.6 G = 응력 Modulus

3.3.7 h = 전체Coupon thickness

3.3.8 n =시편 당 Coupons수

3.3.9 P = 하중

3.3.10 Pf = 파단 시 하중

3.3.11 Pmax = 파단까지의 최대 하중

3.3.12 Sn-1 = 표준편차

3.3.13 w = 전체 Coupon width

3.3.14 xi = 측정값

3.3.15 �̅� = 평균

3.3.16 γ = Engineering shear strain

3.3.17 ε = 일반적인 Strain

3.3.18 ε = 표시 Strain

3.3.19 σ = 응력

3.3.20 τ = 전단응력

3.3.21 θ = Ply orientation angle 4. Summary of Test Method

4. 시험방법

4.1 Fig. 3, ASTM Adjunct ADJD5379 등을 참조. Symmetrical centrally located V-notches를 가지는 Flat rectangle

시편을 2개의 Fixture halves에 고정하고 파괴될 때까지 부하.

4.2 Notch가 하중축에 일치하도록 두 개의 Fixture 사이에 장착하고 파괴 될 때까지 하중을 측정하며 시험.

전단 Strain은 하중축에 ±45º 위치에서 측정

4.3 부하는 Fig. 4의 전단과 굽힘 Moment diagram과 같이 비대칭의 Grip을 통하여 전달되며 Notches는 Coupon

의 중앙부분에서 Notch 없는 경우에 비하여 균일한 Shear strain distribution에 영향을 주며. 가장 좋은 결과는

[0/90]ns-type laminates의 1-2 plane에서 구해진다.

5. Significance and Use

5.1 본 Shear test는 재료의 사양, R&D, Quality assurance, Structural design &analysis를 위한 전단특성을

측정하기 위한 시험. 층내 또는 층간 Shear 특성을 방향에 따라 평가하며 다양한 요소가 전단특성에 영향을

주므로 재료, 재료준비방법, Lay-up, Specimen stacking sequence, 시편준비방법, 시편 Conditioning, 시험분위기,

시편 Alignment 및 Gripping, 시험속도, 온도유지시간, Void content, Volume percent reinforcement 등을 기록.

5.2 이방성 재료에서는 6개의 Shear plane에서 원하는 Plane에서의 물성을 구할 수 있으며 (1-2 또는 2-1, 1-3




또는 3-1, 2-3 또는 3-2) 단지 하나의 Shear plane에서의 물성으로 시편을 평가할 수 있다. 물성에는 다음 사항

을 포함.

5.2.1 Shear stress/strain response 5.2.2 Ultimate strength 5.2.3 Ultimate strain 5.2.4 Shear chord modulus of elasticity 5.2.5 Transition strain

FIG. 2 V-Notched Beam Test Coupon Schematic

FIG. 3 V-Notched Beam Test Fixture Schematic




NOTE - The value of the dimension b is not critical to the concept FIG. 4 Idealized Force, Shear, and Moment Diagrams 6. Interferences

6.1 재료 및 시편준비—Poor material fabrication practices, Lack of control of fiber alignment, Improper specimen

machining이 복합재에서 Data 변동의 주 요인

6.2 재료 및 Coarse Structure—본 시험 방법의 기본적인 가정은 시편에 비하여 재료가 균일하다는 가정이다.

만일 Large filament count tows(12,000 filaments 이상) 등을 사용하여 시편에 비하여 상대적으로 거친 조직을

갖는다면 본 시편 크기로 시험은 불가능하다. 이런 경우는 큰 시편을 시험하는데 본 규격에서는 다루지 않는다.

6.3 Elastic Modulus 측정- Shear modulus 계산은 Notch tips 사이에서 Shear stress 및 Shear strain이 균일하다는

가정에서 시작하며 균일성은 재료의 직교이방성 및 부하 방향에 따라 변한다.

시험결과 1-2 Plane, [0]n 시편에서의 전단계수는 Carbon/epoxy의 경우10 % 정도 높은 반면 [90]n 시편에서는

약 20 % 정도 낮다. [0/90]ns 시편에서 층간 전단계수가 가장 정확하게 측정된다.

6.4 편심하중—하중을 가하는 동안 비틀림이 일어난 경우가 있는데 이는 탄성 Modulus에 영향을 준다.

비틀림이 일어나는 이유는 시편, Fixture, 설치 등의 문제로서 기인. 각 시편 당 최소 하나의 시편에 Back-to-

back two-element strain gages를 사용하여 비틀림의 정도를 측정하며 0.004 Engineering shear strain에서 각

면의 전단계수 Ga , Gb로 부터 | (Ga – Gb) / (Ga + Gb) | × 100의 값을 구하여 3%이상인 경우에는 원인파악과

수정을 한다. 그러나 원인 불명인 경우 Shear modulus 측정은 Back-to-back two-element strain gages의 평균값

으로 결정.

NOTE 3—약간의 치수오차에 의한 비틀림은 Fixture와 시편의 하중을 받는 표면 사이에 Plastic-backed adhesive

tape 등과 같은 얇은 재료를 사용하여 완화 가능.

6.5 시편형상변경—V-notch 시편의 정확한 응력해석 결과는 Notch 형상 (Notch angle, Depth, Radius)의 조정은

재료의 이방성의 결과로 전단응력 분포의 불균일성을 최소화 할 수 있다. Notch dimensions 대 재료의

직교이방성에 대한 권고사항은 아직도 개발 중이며 그 사이 본 시험 방법의 복잡성을 최소화 하기 위하여

하나의 표준형상을 적용하고 있으나 특별한 재료에 대하여 시편의 성능을 최적화 하기 위한 Notch angle, Depth,




Radius의 변경은 정확히 기술된다면 허용.

6.6 파손결정

6.6.1 [0]n 시편— 일반적으로 [0]n 시편의 1-2 면에서는 Notch root에서 Visible crack이 발생하여 이에 따라 Fig 5

에서 보듯이 최종파단 전에 약간의 하중강하를 일으키며 이를 파괴하중으로 간주하지는 않는다.

6.6.2 [90]n 시편— [90]n 시편의 1-2면에서는 파단강도는 확실히 최대하중으로 정의한다.

6.6.3 [0/90]ns, SMC, Toughened Materials—[0/90]ns, SMC, Toughened 재료에서 Shear failure load는

최대하중보다 낮을 수 있다. 이런 재료에서는 전단파괴에 따라 Fibers가 방향을 재편하여 연속적으로 주 하중을

감당하게 된다. 이런 Reorientation은 전단에 매우 비직진성을 가지는 강한 Matrix를 가지는 복합재나 무방향

Fiber를 포함하는 판상재에서 종종 일어난다. 이런 경우 전단파단강도는 하중저하가 발생하는 가시적인 파손에

연관하거나 Fig. 5에서와 같이 Load-displacement curve에서 큰 기울기의 변화에 의하여 결정된다. 부가하여

어떤 Toughened 재료는 전단파괴가 전혀 일어나지 않고 Mixed-mode 파괴가 일어난다. 결론적으로 전단강도를

기술하지 않는 결과보고를 피하기 위하여 Shear strain 5 %에서의 강도로 결정한다.

FIG. 5 Typical V-Notched Beam Load-Displacement Plots

7. 시험기

7.1 Micrometers— 가능한 시편에 손상을 주지 않는 적절한 Model 선정. 정밀도는 시편의 폭과

두께의 1 % 이내이며 두께는 ±2.5 μm [±0.0001 in.] 폭은 ± 25 μm [60.001 in.]의 정밀도

7.2 Angle Measuring Device—Notch angle측정용으로 ±0.5°의 정밀도

7.3 Radius Measuring Device—Notch radius 측정용으로 ±25 μm [60.001 in.] 정밀도

7.4 Testing Machine—E4 에 따라 검증된 시험기로 아래 사항을 포함

7.4.1 Testing Machine Heads—Stationary head 및 Movable head를 포함

7.4.2 Drive Mechanism—11.3의 규정을 만족하도록 Moving head를 움직이는 기능

7.4.3 Load Indicator—정밀도 ±1 %

NOTE 4—가능한 정밀한 Load cell을 사용하나 Modulus및 Strength 측정을 서로 다른 하중 Range를 가지는

Load cell을 사용하여 분리하여 측정할 수도 있다.

7.4.4 Platens/Adapter-하나의 Head에는 한쪽 Fixture(7.4.5 참조)를 장착하고 다른 Head에는 나머지 Fixture를

Adapter 나 Platen interface를 이용하여 장착하며 필요하다면 한쪽에는 Alignment를 조정할 수 있는 반구형

Ball joint 사용.

7.4.5 Fixturing—Four-point asymmetric flexure fixture로서 Fig. 3, ASTM Adjunct ADJD5379 참조. 각각 시편을

잡아주는 Wedge-action grip을 포함. 아래 Grip은 Linear bearing shaft를 포함한 Base plate에 장착하고 Linear

bearing을 포함하는 Upper grip은 위에 장착.




Fixture halves사이에 13mm Span을 두며 Alignment tool을 이용하여 시편의 Notch를 Loading line에 일치.

7.5 Strain Indicating Device—Bonded resistance strain gages를 사용. 최소 2개가 필요하며 시편의 Notch tip

중앙에 Fig. 6처럼 +45°, -45° 방형으로 장착하여 6장에서 언급한 정밀도를 측정하여 무제가 있다면 수정.

7.5.1 Bonded Resistance Strain Gage Selection—Strain gage 선택은 재료에 따라 결정되며 Active gage length

1.5 mm [0.062 in.]가 일반적. Textile fabric laminates에는 큰 Strain gage sizes가 유리. Strain gage를 +45°, -45°로

장착하면 Gage의 폭은 전단 Strain이 균일한 영역 밖으로 나갈 정도로 크면 안 된다 (Note 3참조).

Gage calibration은 ASTM E251에 따르고 Minimum normal strain range는 3 % (Yielding 6 % engineering shear

strain)를 추천. Textile fabric laminates의 경우는 Gage selection에 주의를 요함. Active gage length는 적어도

Fabric 한 단위의 특성을 측정할 수 있도록 커야 하며 Tuttle and Brinson이 일반적인 조건을 제시.

NOTE—The active elements of two orthogonal strain gages are centered between the notch roots at the angle shown. The elements may be independent, or in a stacked or or unstacked rosette. FIG. 6 Strain Gage Locations

7.5.1.1 ASTM E1237에 따른 Fiber-reinforced composite 재료의 표면가공은 기지 조직 및 Reinforcing fibers에

부적절한 손상을 초래. Reinforcing fibers는 표면 준비단계에서 노출되거나 손상을 받으면 안 된다.

Strain gage 제작자는 Fiber-reinforced composite 재료에 Strain gage를 붙이기 위한 표면준비 방법 및 접착제

등에 대한 정보를 제공.

7.5.1.2 Low-conductivity 재료에서 전류에 따른 발열을 줄이기 위하여 저항이 높은 Gage를 고려. 350 Ω 이상이

이상적이며 여기 전압 또한 1 ~ 2 V로 낮은 것이 유리. 열은 재료의 특성에도 영향을 주며 Gage의 온도보상

영역 및 열팽창 계수가 시편소재와의 차이로 인하여 Strain에도 영향.

7.5.1.3 표준 실험실 조건에서 실험을 하는 경우에도 온도보상 문제를 고려하여야 하며 상온 조건이 아닌 경우

에는 필히 고려.

7.5.1.4 Strain gage의 횡축 특성도 고려. Strain gage제조사는 복합재에 대한 Transverse sensitivity corrections 및

Effects를 제시.

7.6 Conditioning Chamber— 상온이 아닌 경우 Temperature-vapor-level controlled environmental conditioning

chamber가 요구되며 온도는 ± 3°C [±5°F]이내로 유지하고 Relative vapor level 역시 ±3 %로 조절되며 주기적 측

정 및 조절이 요구.

7.7 Environmental Test Chamber – 실험실 조건이 아닌 경우 실험 Chamber가 필요하며 시편의 Gage section을

시험 조건으로 유지.

8. Sampling 및 시편

8.1 Sampling—특별히 검증되지 않은 경우에는 한 조건에서 최소 5개의 시험이 요구되며 ASTM E122 참조하고

Sampling 방법을 기술

NOTE 5—만일 시편이 평형상태까지 도달하는 데에 Conditioning이 요하고 무게 변화의 측정이 적절치 않은

경우(Tabbed mechanical coupon등)에는 같은 두께와 크기를 가지는 Tab이 없는 다른 시편을 사용하여

평형에 도달하는 조건을 결정.

8.2 형상—Special coupon은 Symmetrical centrally located V-notches를 가지는 Flat rectangle.

강제조항은 8.2.1을 참조하고 그 이외는 8.2.2 참조

8.2.1 시편조건

8.2.1.1 Shape, Dimensions, Tolerances, Configuration—시편의 Shape, Dimensions, Tolerances는 Fig. 7 (SI) 및

Fig. 8 (inch-pound) 참조. 필요하다면 Standard notch angle 90°, Notch depth 20 mm [0.50 in.], Notch radius 1.3 mm

[0.050 in.]로 수정 가능하나 필히 기록하며 오차는 유지. 6장 및 14.1에서 거론한 바와 같이 [0/90]ns 시편을 1-2

면에서 실험하는 경우 정확한 Elastic modulus 및 강도의 낮은 분산에 유리하여 [0]n 또는 [90]n 시편보다 선호.

8.2.2 특별요구사항

8.2.2.1 Specimen/Tab Thickness —다양한 두께가 가능하나 3 ~ 4 mm [0.120 to 0.160 in.]가 주.

8.2.2.2 Gripping/Use of Tabs—Tab없이 실험하는 재료는 [0/90]ns Laminates, Fabric-based materials, Randomly

reinforced sheet molding compounds 등 다양한 재료의 형상이 있으나 2.5 mm [0.100 in.] 두께보다 얇은 시편은

Tab 사용이 유리. 시험영역에서 떨어진 양쪽에 붙여 사용하는 Tabs은 Fig.7, 8에서 보듯이 Gripping 부분의




두께를 증가시켜 시편의 강화와 안정에 유리하며 Gripping의 압축파손이나 비틀림을 최소화.

(1) Tab Material—가장 일반적인 재질은 Continuous E-glass fiber-reinforced polymer matrix 재료 (Woven or

Unwoven)의 [0/90]ns Laminate configuration

(2) Bonded Tab Adhesive—재료에 적합한 High-elongation (tough) adhesive를 사용하며 최소두께의 균일한

Bondline이 필요.

8.3 Material Orientation—Fig. 1의 6개 Shear plane 어느 방향이나 가능하며 Fig. 9에 따라 가공.

NOTE 6—예로 1-2 Plane은 1과 2 Axes에 의하여 형성된 면에 위치하며 따라서 1-Direction (First digit of the

plane)은 시편의 길이 방향 (Fig. 9의 X-direction)

8.3.1 1-2 및 2-1 전단특성—1-2 및 2-1 Planes에서의 재료의 성질은 Laminated composites의 In-plane 특성.

[0]n, [90]n, 또는 [0/90]ns laminate로부터 Cutting coupon을 이용하여 이 특성을 평가하기 위하여 시편을 준비하고

0° 방향은 시편의 길이 방향 (X-direction in Fig. 9)이거나 하중 인가 방향.

8.3.2 1-3 및 2-3 전단특성—1-3 및 2-3 Planes은 Laminated composites의 층간 특성이며 이 특성을 평가하기

위해서는 두꺼운 (56-mm [2.20-in.]) [0]n 또는 [90]n Laminate로 부터 시편을 준비. 이 두꺼운 Laminate는 몇 가지

방법으로 준비하며 8.3.2.1 또는 8.3.2.2 과정을 사용. 8.3.2.3 과정은 Bondlines이 결과에 영향을 미침으로서 앞

의 두 공정이 불가능할 경우 사용.

8.3.2.1 최종 Panel 두께를 위하여 Laminate를 동시 경화

8.3.2.2 14 mm [0.6 in.]보다 두꺼운 Panel에 붙이거나 Co-bond하여 최종두께 20-mm [0.750-in.]를 조정.

8.3.2.3 균일한 접착제 층을 이용하여 미리 Curing 된 Laminate를 접착하여 총 두께 20-mm [0.750-in.].

8.3.3 3-1 및 3-2 전단특성—3-1 및 3-2 Planes의 물성은 층간 물성. [0]n 또는 [90]n Laminate로부터 시편준비.

가능한 두꺼운(최소 6mm 이상) 여러 개의 Procured layer를 양쪽에 같은 두께로 붙이거나 동시 경화시켜 시편

을 준비. 총 길이 76mm.

NOTE—Interpret Fig. 7 in accordance with ANSI Y14.5M-1982, subject to the following: (1) All dimensions in millimeters with decimal tolerances as follows:

No decimal 0.X 0.XX ±2.5 ±0.75 ±0.25

(2) All angles have a tolerance of ±0.5°. (3) Ply orientation direction tolerance relative to –A- (or to –B-) within ±0.5°. (4) Finish on machined edges not to exceed 1.6 ѵ. Finish on V-notch not to exceed 0.8 ѵ (symbology is in accordance with ANSI/ASME B46.1-1985, with roughness height in micrometers.) (5) Values to be provided for the following, subject to any ranges shown on the field of Fig. 7: material, lay-up, and ply orientation reference relative to –A-, and coupon thickness and tab adhesive. FIG. 7 V-Notched Beam Test Specimen Drawing (SI)




NOTE—Interpret Fig. 8 in accordance with ANSI Y14.5M-1982, subject to the following: (1) All dimensions in inches with decimal tolerances as follows:

0.X 0.XX 0.XXX ±0.1 ±0.03 0.010

(2) All angles have a tolerance of ±0.5°. (3) Ply orientation direction tolerance relative to –A- (or to –B-) within ±0.5°. (4) Finish on machined edges not to exceed 64 ѵ. Finish on V-notch not to exceed 32 ѵ (symbology is in accordance with ANSI/ASME B46.1-1985, with roughness height in μ inch) (5) Values to be provided for the following, subject to any ranges shown on the field of Fig. 8: material, lay-up, and ply orientation reference relative to –A-, and 2.200 coupon thickness and tab adhesive. FIG. 8 V-Notched Beam Test Specimen Drawing (Inch Pound)

8.4 시편준비

8.4.1 Panel Fabrication—Fiber alignment가 중요. 부적절한 Fiber alignment는 결과에 영향을 주고 분산 증가.

준비 방법을 기술.

8.4.2 가공방법—매우 중요. 시편은 Edge effect나 Cutting effect를 방지하기 위하여 Molding 방법 사용.

Plate에서 절단하는 경우에는 Splintering, Chips, Gouges, Undercuts, Rough or uneven surfaces, Delamination

등을 방지. 최종 두께는 Water-lubricated precision sawing, Milling 또는 Grinding 방법을 사용. Diamond tool이

최적. Edges는 평평하고 규정된 오차 내로 가공.

8.4.2.1 Notch Preparation- Notch 만들 때 Delaminating주의. Vise에 물릴 때 Dummy 시편을 사용.

8.4.3 Labeling—구별을 위하여 Labeling

9. Calibration

9.1 모든 측정장비는 교정.

10. Conditioning

10.1 Polymer Matrix Composites—추천하는 사전 시험 조건은 C of Test Method D 5229/D 5229M에 의하여 유지

및 시험. 표준조건은 23 ± 2°C [73.4 ± 3.6°F] 및 50 ± 10 % Relative humidity

10.2 Nonpolymeric Materials—Conditioning environment는 불필요




11. Procedure

11.1 시험 전 결정할 Parameter

11.1.1 Shear specimen sampling method, Coupon type & geometry, Conditioning travelers (필요 시).

11.1.2 Shear properties, Data reporting format.

NOTE 7—물성, 정밀도, 필요 Data 등은 기기 선정을 위하여 시험 전 결정되어야 한다. Strain gage선정,

기기교정, 기기 Setting 등을 위하여 Stress 및 Strain 역시 예상 필요.

11.1.3 Environmental conditioning test parameters.

11.1.4 Sampling method, Specimen geometry, 밀도와 보강재 부피를 결정한 시험항목

11.2 일반사항

11.2.1본 규격에서 벗어난 사항

11.2.2 Specific gravity, Density, Reinforcement volume, Void volume을 기술한다면 시험 Panel로 부터 시편을 채취.

비중 및 밀도는 ASTM D792방법으로 측정하며 Volume percent of the constituents는 D3171 또는 D2584 Void

content는 D2734 및 D2584 참조

11.2.3 Conditioning 후 Notch, d1 사이의 시편 폭을 25 μm [0.001 in.] 두께는 Notch, h에서 2.5 μm [0.0001 in.]

까지 측정하고 기록. 단면적은 아래식으로 계산

A=d1x h (1)

시편의 단면적, A (mm2 [in.

2])를 기록 하고 Notch angle, Depth, Radius를 검증.

11.2.4 Fig. 6처럼 Strain gage 장착

FIG. 9 Orientation of Material Planes

11.3 시험속도—일정 Strain rate로 시험하며 만일 Strain rate control이 안되는 기기라면 하중 Control을 이용하여

Strain rate control을 유도. 대략 파단까지 1 ~ 10 분 정도의 속도. 만일 Ultimate strain의 예상이 어려우면 표준

속도로 시험 후 다시 조정. 표준속도는 다음과 같다.

11.3.1 Strain-Controlled Tests—표준 Strain rate는 0.01/ min

11.3.2 Constant Head-Speed Tests—표준속도 2 mm/min [0.05 in./min]

NOTE 8—고정된 Head speed의 시험기를 사용하는 경우에는 원하는 Strain rate 보다 낮다.

11.4 시험환경—시험환경과 동일한 조건에서 Conditioning후 같은 조건에서 시험하고 기록

11.4.1 시편은 Conditioned 환경에 보관

11.5 Fixture 장착

NOTE 9—압축으로 실험하며 수직형 시험기가 필수적인 것은 아니지만 유리. Fixture는 두 쪽으로 구성되며

각각 다른 Head에 장착하며 편의 상 Built-in base 및 Bearing post는 Lower grip이라 하고 Bearing sleeve를




가지는 것을 Upper grip.

11.5.1 Fixture검사—Jaw/grip area의 마모흔, Linear bearing 과 Shaft의 간극 등을 검사하여 문제점 수정

11.5.2 Attach Upper Grip to Upper Head—Fixture drawings의 Adapter는 시험기에 따라 부수적으로 사용. 대부분

Threaded rod을 이용하여 장착한 후 고정.

11.5.3 Mate Lower Grip to the Upper Grip—시험기를 움직여 Fixture base의 Bearing shaft를 Upper grip의

Bearing에 Slide.

11.5.4 Align the Grips—Fixture lower grip의 뒷면이 Upper grip의 뒷면과 일치할 때까지 Fixture base를 조정

NOTE 10—한가지 방법은 시편보다 약간 작은 Flat alignment plate를 사용하는 방법으로 Two screws (through

holes in the plate)를 Grip의 Tapped holes에 맞게 가공하여 하나는 Stationary grip, 다른 하나는 Movable grip에

적용되도록 장착하고 고정.

11.5.5 Attach Lower Grip to Lower Head—Grip alignment를 맞추어 정착 후 Alignment plate를 제거로 완결.

11.6 시편장착 및 Transducer 연결

11.6.1 Connect Gages—Strain gages를 Data acquisition circuitry에 연결

NOTE 11— 시편을 장착하는 동안 Strain gage output을 측정하여 시편에 원치 않는 하중이 걸리지 않게 조정.

11.6.2 Zero Force— Zero Force—Load-cell 교정 후 영점 조정.

11.6.3 Loosen Jaws—Jaw를 풀어 시편 폭이 자유롭게 Grip에 장착되고 Head 위치를 조절하여 Alignment 조정.

lower fixture grip의 Groove에 alignment tool을 설치.

11.6.4 시편장착—느슨히 시편을 장착 후 Strain-gage lead wires 조정. 시편의 배면을 누르고 Fig. 10과 같이

Alignment tool을 Notch의 중심까지 수직으로 당긴다.

NOTE 12—시편의 배면에 Gage를 사용하는 경우 Lead wires는 시편 장착 전에 Grip 사이의 Gap을 확보할

때까지 Lower grip의 Jaw를 왼쪽으로 돌려 다른 쪽으로 통과시킨다. 개방공간으로 Wire을 통과하고 Jaw를

오른쪽으로 돌려 시편 설치를 위한 간극을 유지.

11.6.5 Tighten Left Half—시편의 중심을 유지하며 시편을 고정하기 위하여 Left-hand-side jaw (on the lower

grip)를 약하게 고정한다. 이때 너무 세게 고정하면 불필요한 사전하중이나 시편에 손상을 가한다. 시편과

Upper grip 사이는 어느 정도 간극이 있으며 하중이 가해지지 않은 상태이다. 간극이 없는 경우나 하중이

가해지는 경우는 Head, Jaw 등을 조절하여 적절한 간극이나 하중이 제거되도록 한다. Lower grip에서의

시편설치를 다시 점검하고 필요하면 반복.

11.6.6 Tighten Right Half— 시험기를 작동하여 하중이 가해지지 않는 범위에서 Upper grip의 윗면이 시편의

Right-hand side의 윗면에 닿도록 한다. Strain gage instrumentation을 Zero화 하고 Jaw of the upper, Right-hand,

Grip onto the right-hand side of the specimen을 약간 고정하나 이때 너무 세게 고정하면 불필요한 사전하중이나

시편에 손상을 가한다. 사전하중은 최소화하나 40~80 N [10 ~ 20 lbf] 정도는 허용.

11.6.7 Check Placement—시편은 Fixture에 Center가 정리된 상태로 장착된 상태이고 Instrumentation checks가

완결되고 시편은 시험준비가 된 상태.

11.7 Loading— 정해진 속도로 파단까지 부하하면서 Data 기록.

11.8 Data Recording—Force 대 Strain (또는 Displacement)을 연속적 또는 간헐적으로 기록하며 변곡점이나

Initial ply failures가 발생하면 그때의 Force, Strain 및 파단Mode를 기록. 만일 시편이 파단 되면 최대하중,

파단하중, Strain을 기록. 만일 5% Shear strain 내에서 최종 파단이 일어나지 않으면 더 이상 Data를 받지

않는다. 파단하중의 설명은 6장 참조.

NOTE 13—다른 Valuable data는 Load 대 Head displacement data 및 Load 대 Time data를 포함.

11.8.1 파손 Mode—시편의 파손 mode 및 위치를 기록. 가능하면 Fig 11에서 Common v-notch shear test failure

modes를 선택

12. 계산

12.1 Shear Stress/Ultimate Strength—Eq 2를 사용하여 Ultimate strength를 계산하고 기록. 만일 Shear modulus를

계산한다면 식3을 이용하여 각 Point에서 Shear stress를 계산.

F

u = P

u/A (2)

τi =Pi/A (3) F

u = ultimate strength, MPa [psi]

Pu = the lower of ultimate or force at 5 % engineering shear strain, N [lbf]

τi = shear stress at ith data point, MPa [psi] Pi = force at ith data point, N [lbf] A = cross-sectional area from 11.2.3, mm

2 [in

2]

12.2 Shear Strain/Ultimate Strain—만일 Shear modulus나 Ultimate strain의 계산이 가능하다면 Eq 4를 이용하여

각 Data point에서 +45° 및 -45° 의 Normal strain으로부터 Engineering shear strain을 결정. Ultimate engineering

shear strain은 Eq 5으로 계산. Three significant figures로 결과를 기록




FIG. 10 Specimen Placement in the Fixture

FIG. 11 Common V-Notched Beam Shear Test Failure Modes 12.3 Shear Modulus of Elasticity:

NOTE 14—비틀림 영향을 최소화 하기 위하여 양단의 출력을 평균하여 6장에서 논한 방법으로 계산.

12.3.1 Shear Chord Modulus of Elasticity—1500 ~ 2500 με 을 포함하여 4000 ± 200-με 이상의 영역에서 Eq 6를

사용하여 Shear chord modulus of elasticity를 계산. 만일 정확한 Strain range 위치가 어려운 경우에는 가장

근접한 위치를 선정. Shear chord modulus of elasticity 계산에 사용한 Strain range를 기록. Fig. 12 참조

Three significant figures에 대한 Chord modulus of elasticity를 기록

12.3.1.1




Gchord

= shear chord modulus of elasticity, GPa [psi]; Δτ = difference in applied shear stress between the two strain points; and Δγ = difference between the two engineering shear strain points (nominally 4000 με)

12.3.2 Shear Modulus of Elasticity (Other Definitions)— 사용자의 판단에 의하여 Shear Modulus of Elasticity를

다른 정의에 따라 평가하고 기록할 수 있다. 이런 경우 사용된 정의, 사용된 Strain range, Results to three

significant figures를 기록. ASTM E111 참조

NOTE 15—Bilinear stress-strain 거동을 보이는 재료의 경우 Secondary shear chord modulus of elasticity를 사용

12.4 Offset Shear Strength—특정 Shear strain에서 Shear chord modulus of elasticity line을 그어 Stress-strain

curve와 만나는 점에서의 하중으로 Offset shear strength로 결정하고 아래와 같이 표시.

F° (0.2% offset) = 28 MPa (7)

Fig. 12 참조

NOTE 16—특별 경우가 아니면 Offset strain value 0.2 % 사용

12.5 통계—각 측정값은 Average value, Standard deviation, Coefficient of variation (%)을 계산

�̅� = sample mean (average) sn-1 = sample standard deviation; CV = sample coefficient of variation, %; n = number of specimens; and xi = measured or derived property 13. Report

13.1 아래 사항을 포함

13.1.1 본 시험방법의 Revision level이나 개정일자

13.1.2 시험일자 및 장소

13.1.3 시험자 이름

13.1.4 시험 시 문제점이나 예외조항

13.1.5 시험재: Material specification, Material type, Material designation, Manufacturer, Manufacturer’s lot 또는

Batch number, Source (if not from manufacturer), Date of certification, Expiration of certification, Filament diameter,

sizing, tow 또는 Yarn filament counts 및 Twist, Yarn spacings, Fabric type, Fiber areal weight, Matrix type, Prepreg

matrix content, Prepreg volatiles content 포함.

13.1.6 Laminate제조공정: Fabrication start date, Fabrication end date, Process specification, Cure cycle,

Consolidation method, 사용기기이름 포함.

13.1.7 Laminate의 적층 Ply orientation

13.1.8 추가로 요구하면 Density, Volume percent reinforcement, Void content test methods, Specimen sampling

method 및 Geometries, Test parameters, Test results를 포함

13.1.9 Ply 평균 두께.

13.1.10 비피괴 시험 결과

13.1.11 Sampling method, Specimen cutting method, Identification of tab geometry, Tab material, Tab 접착방법,

시편준비 방법, 시편표시방법, 시편형상.

13.1.12 Calibration dates 및 Methods

13.1.13 Type of test machine, Alignment results, Data acquisition sampling rate 및 Equipment type

13.1.14 시편의 Dimensions

13.1.15 Conditioning parameters 및 결과, Travelers 및 Traveler geometry, Procedure

13.1.16 Relative humidity, Temperature

13.1.17 Environmental chamber의 환경 및 유지시간

13.1.18 시편수량

13.1.19 시험속도

13.1.20 Transducer 설치위치 및 사용한 Sensor의 Type

13.1.21 Strain-gage type, Resistance, Size, Gage factor, Temperature compensation method,

Transverse sensitivity, Lead wire resistance, 사용한 Correction factors.




13.1.22 Force-displacement 및 Stress-strain curves

13.1.23 Tabulated data of stress versus strain

13.1.24 Percent twisting 결과

13.1.25 Individual strengths 및 Average value, Standard deviation, Coefficient of variation (%)

13.1.26 Individual ultimate engineering shear strains 및 Average value, Standard deviation, Coefficient of variation

(%). 5 % Strain 이상에서는 시험을 종료.

13.1.27 Chord shear modulus를 측정하는데 사용하는 Strain gage

13.1.28 다른 Modulus of elasticity를 사용하면 사용방법과 Resulting correlation coefficient, 사용한 Strain range

13.1.29 모집단을 위한 각 Shear chord modulus of elasticity 및 Average value, standard deviation, Coefficient of

variation (%)

13.1.30 Offset strain, Average, Standard deviation, Coefficient of variation (%) 값을 포함한 Offset shear strength

13.1.31 각 시편의 파손 Mode와 위치

FIG. 12 Illustration of Modulus and Offset Strength Determination

14. 정밀도 및 오차

14.1 Precision:

14.1.1 Preliminary Round-Robin Series—ASTM Committee D30에서 추진하고 Seven laboratories, Several

configurations of unidirectional carbon/ epoxy 및 Aramid/epoxy laminates as well as randomly oriented short-fiber

glass/polyester sheet-molding compound (SMC)사용. Shear plane은 1-2 plane으로 동일인, 동일기계, 같은 날

시험.

14.1.2 Results—95 % Confidence interval로 Table 1에 정리

14.2 Bias—기준이 없어 계산 불능

15. Keywords 15.1 composite materials; in-plane shear; interlaminar shear; shear modulus; shear properties; shear strength; shear testing TABLE 1 Preliminary Repeatability and Reproducibility




REFERENCES (1) Walrath, D. E., and Adams, D. F., ―The Iosipescu Shear Test as Applied to Composite Materials,‖ Experimental

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