ISO 20337:2018

Fibre-reinforced plastic composites - Shear test method using a shear frame for the determination of the in-plane shear stress/shear strain response and shear modulus

This document specifies a method using a shear test apparatus for measuring the in-plane shear stress/shear strain response, shear modulus and shear strength of continuous-fibre-reinforced plastic composite materials with fibre orientations of 0° and 0°/90°. This method is applicable to thermoset and thermoplastic matrix laminates made from unidirectional layers/non-woven fabrics and/or fabrics including unidirectional fabrics, with the fibres oriented at 0° and 0°/90° to the specimen axis, where the lay-up is symmetrical and balanced about the specimen mid-plane. The method is suitable for determining shear properties in both the linear and nonlinear load-deformation range even at shear strains greater than 5 %. Short and long fibre-reinforced plastic composites can also be tested using this document.

Composites plastiques renforcés de fibres — Méthode d'essai de cisaillement à l'aide d'un châssis de cisaillement pour la détermination de la contrainte de cisaillement /déformation au cisaillement dans le plan et du module de cisaillement

Le présent document spécifie une méthode utilisant un appareillage d'essai de cisaillement pour mesurer la contrainte de cisaillement/déformation au cisaillement dans le plan, le module de cisaillement et la résistance au cisaillement des matériaux composites plastiques renforcés de fibres continues avec une orientation des fibres de 0° et 0°/90°. Cette méthode est applicable aux stratifiés à matrice thermodurcie et thermoplastique constitués de couches unidirectionnelles/non-tissés et/ou tissus, y compris tissus unidirectionnels, avec les fibres orientées à 0° et 0°/90° par rapport à l'axe de l'éprouvette, dans lesquels l'assemblage est symétrique et équilibré par rapport au plan médian de l'éprouvette. Cette méthode convient pour déterminer les propriétés de cisaillement à la fois dans la plage de déformation de la charge linéaire et non linéaire, même à des déformations au cisaillement supérieures à 5 %. Les composites plastiques renforcés de fibres courtes et longues peuvent également être soumis à l'essai selon le présent document.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 20-Nov-2018
• ICS: 83.120 - Reinforced plastics
• Technical Committee: ISO/TC 61/SC 13 - Composites and reinforcement fibres
• Drafting Committee: ISO/TC 61/SC 13/WG 2 - Laminates and moulding compounds
• Current Stage: 9093 - International Standard confirmed
• Start Date: 04-Mar-2024
• Completion Date: 13-Dec-2025

Relations

• Consolidated By: ISO 23582-1:2023 - Plastics and rubber machines - Clamping systems - Part 1: Safety requirements for magnetic clamping systems
• Effective Date: 06-Jun-2022

Overview

ISO 20337:2018 specifies a standardized shear test method using a shear frame to determine the in‑plane shear stress–shear strain response, shear modulus and shear strength of fibre‑reinforced plastic composites. The method produces a state of pure shear in square specimens (fibres at 0° and 0°/90° orientations), avoiding edge effects and enabling reliable measurement in both the linear and nonlinear deformation ranges - including shear strains greater than 5%. It applies to thermoset and thermoplastic laminates, unidirectional layers, fabrics, non‑wovens, and short or long fibre composites when the lay‑up is symmetrical and balanced.

Key Topics and Requirements

• Test principle: Square specimen clamped along all sides in a shear frame, deformed into a rhombus under axial load to produce pure in‑plane shear.
• Measured outputs: In‑plane shear stress (τ12), shear strain (γ12), in‑plane shear modulus (G12) and maximum shear strength (τ12M).
• Specimen geometry: Typical specimen size (165 ± 0.5) mm square; shear (free) area at least (105 ± 0.5) mm square; nominal thickness (4 ± 0.1) mm (select to prevent out‑of‑plane deflection).
• Apparatus: Tensile testing machine compliant with ISO 7500‑1 (force measurement class 1); shear frame with uniform clamping and follower mechanism to maintain reproducible grip.
• Strain measurement: Strain gauges (front and back faces) accurate to ±1% full scale or optical 3‑D systems; measure at 45° to coordinate axes; verify out‑of‑plane deflection.
• Dimensional control: Micrometer or equivalent with maximum permitted error ≤ 0.01 mm for thickness measurement.
• Test conditions & procedure: Specimen conditioning per standard atmospheres (e.g., ISO 291); prescribed test speeds and data collection practices; defined failure modes and test termination criteria.
• Applicability: Suited for both linear and nonlinear shear characterization, including high shear‑elongation materials.

Applications and Users

ISO 20337:2018 is used by:

• Composite materials R&D teams for material characterization and model calibration (shear modulus and nonlinear behaviour).
• Quality control and test laboratories performing routine or comparative shear testing.
• Composite manufacturers validating lay‑ups, resins and reinforcement systems (thermoset/thermoplastic).
• Certification bodies and engineering teams for structural design data, finite element inputs, and failure analysis.

Practical benefits include consistent, reproducible shear properties across labs, capability to measure high‑strain shear behavior (>5%), and reduced edge‑related artefacts thanks to full‑edge clamping.

Related Standards

• ISO 7500‑1 (calibration/verification of testing machines)
• ISO 291 (conditioning/testing atmospheres)
• ISO 12781‑1 (flatness)
• ISO 1268, ISO 2818 (specimen production/preparation)

Keywords: ISO 20337:2018, shear test, shear frame, in‑plane shear, shear modulus, fibre‑reinforced plastic composites, composite shear testing, strain measurement.

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20337
First edition
2018-11
Fibre-reinforced plastic composites —
Shear test method using a shear frame
for the determination of the in-plane
shear stress/shear strain response
and shear modulus
Composites plastiques renforcés de fibres — Méthode d'essai
de cisaillement à l'aide d'un châssis de cisaillement pour la
détermination de la contrainte de cisaillement /déformation au
cisaillement dans le plan et du module de cisaillement
Reference number
©
ISO 2018
© ISO 2018
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CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: [phone]
Fax: [phone]
Email: [e-mail]
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principle . 2
5 Test apparatus . 3
5.1 Tensile test machine . 3
5.1.1 General. 3
5.1.2 Test speeds . 3
5.1.3 Force indicator . 3
5.2 Shear frame . 3
5.3 Strain measurement . 5
5.4 Micrometer . 6
6 Test specimens. 6
6.1 Shape and dimensions . 6
6.2 Preparation of test specimens . 7
6.3 Inspection of the test specimens . 8
6.4 Number of test specimens . 8
6.5 Conditioning of test specimens . 8
7 Procedure. 8
7.1 Test atmosphere . 8
7.2 Determination of the test specimen thickness . 8
7.3 Test speed . 8
7.4 Data collection . 8
7.5 Test termination . 8
7.6 Failure mode . 9
8 Calculation and expression of results .10
9 Test report .10
Bibliography .12
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.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
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Introduction
The test method described in this document uses a shear frame fixture in order to introduce a pure
shear loading throughout the free area of the test specimens. The edges of the test specimens are
uniformly clamped during the test procedure avoiding fibre rotation and load re-distribution effects.
This allows for the ultimate shear strength of high shear-elongation materials to be obtained even at
shear strains higher than 5 % which is a limitation when using ISO 14129 or other standards regarding
in-plane shear test methods for fibre reinforced plastic composites.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 20337:2018(E)
Fibre-reinforced plastic composites — Shear test method
using a shear frame for the determination of the in-plane
shear stress/shear strain response and shear modulus
1 Scope
This document specifies a method using a shear test apparatus for measuring the in-plane shear
stress/shear strain response, shear modulus and shear strength of continuous-fibre-reinforced plastic
composite materials with fibre orientations of 0° and 0°/90°.
This method is applicable to thermoset and thermoplastic matrix laminates made from unidirectional
layers/non-woven fabrics and/or fabrics including unidirectional fabrics, with the fibres oriented at
0° and 0°/90° to the specimen axis, where the lay-up is symmetrical and balanced about the specimen
mid-plane.
The method is suitable for determining shear properties in both the linear and nonlinear load-
deformation range even at shear strains greater than 5 %.
Short and long fibre-reinforced plastic composites can also be tested using this document.
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 (all parts), Fibre-reinforced plastics — Methods of producing test plates
ISO 2818, Plastics — Preparation of test specimens by machining
ISO 2602, Statistical interpretation of test results — Estimation of the mean — Confidence interval
ISO 7500-1, Metallic materials — Calibration and verification of static uniaxial testing machines — Part 1:
Tension/compression testing machines — Calibration and verification of the force-measuring system
ISO 12781-1, Geometrical product specifications (GPS) — Flatness — Part 1: Vocabulary and parameters of
flatness
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:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1
plane
plane spanned by coordinate axes 1 and 2
Note 1 to entry: See Figure 2.
3.2
in-plane shear stress
τ
stress obtained by dividing the instantaneous tensile load acting on the shear frame by the specimen
cross-sectional area
Note 1 to entry: See also 8.1.
Note 2 to entry: The in-plane shear stress is expressed in MPa.
3.3
in-plane shear strength
τ
12M
maximum value for the shear stress
Note 1 to entry: See also 8.2.
Note 2 to entry: The in-plane shear strength is expressed in MPa.
3.4
shear strain
γ
sum of the individual components of the total shear strain of the test specimen
Note 1 to entry: See also 8.3.
3.5
in-plane shear modulus
in-plane chord modulus
G
′′ ′ ′′
shear stress difference τ and τ divided by the corresponding shear strain difference γ =0,005
12 12 12
′
and γ =0,001
Note 1 to entry: See also 8.4 and Figure 4.
Note 2 to entry: The in-plane shear modulus is expressed in MPa.
3.6
direction of coordinate axis 1
direction parallel to the loading axis of the test machine
Note 1 to entry: The fibres oriented at an angle of 0° are in this direction.
Note 2 to entry: See Figure 2 and Figure 3.
3.7
direction of coordinate axis 2
direction orthogonal to the loading axis of the test machine
Note 1 to entry: The fibres oriented at an angle of 90° are in this direction.
Note 2 to entry: See Figure 2 and Figure 3.
4 Principle
A square test specimen with recessed corners and reinforcing fibres oriented at 0° and 0°/90° to the
specimen axis is held in a shear frame and subjected to pure shear loading. In order to determine the
shear modulus and the shear strength, the tensile load acting on the shear frame and the associated
shear strain are measur
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 20337
Première édition
2018-11
Composites plastiques renforcés
de fibres — Méthode d'essai de
cisaillement à l'aide d'un châssis de
cisaillement pour la détermination
de la contrainte de cisaillement /
déformation au cisaillement dans le
plan et du module de cisaillement
Fibre-reinforced plastic composites — Shear test method using a
shear frame for the determination of the in-plane shear stress/shear
strain response and shear modulus
Numéro de référence
©
ISO 2018
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© ISO 2018
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être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: [phone]
Fax: [phone]
E-mail: [e-mail]
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Principe . 3
5 Appareillage . 3
5.1 Machine d’essai de traction . 3
5.1.1 Généralités . 3
5.1.2 Vitesses d’essai . 3
5.1.3 Indicateur de force . 4
5.2 Châssis de cisaillement . 4
5.3 Mesurage de la déformation . 6
5.4 Micromètre . 7
6 Éprouvettes . 7
6.1 Forme et dimensions . 7
6.2 Préparation des éprouvettes . 8
6.3 Inspection des éprouvettes . 9
6.4 Nombre d’éprouvettes . 9
6.5 Conditionnement des éprouvettes . 9
7 Mode opératoire. 9
7.1 Atmosphère d’essai . 9
7.2 Détermination de l’épaisseur de l’éprouvette . 9
7.3 Vitesse d’essai . 9
7.4 Collecte des données . 9
7.5 Fin de l’essai .10
7.6 Mode de défaillance .11
8 Calcul et expression des résultats .12
9 Rapport d’essai .13
Bibliographie .14
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/fr/avant -propos .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité SC 13,
Composites et fibres de renforcement.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
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Introduction
La méthode d’essai décrite dans le présent document fait appel à un châssis de cisaillement pour
introduire une charge de cisaillement pure dans la zone libre des éprouvettes. Les bords des éprouvettes
sont serrés uniformément pendant le mode opératoire d’essai pour éviter les effets de rotation des
fibres et de redistribution de la charge. Cela permet d’obtenir la résistance ultime au cisaillement des
matériaux présentant un cisaillement/allongement élevé même à des déformations au cisaillement
supérieures à 5 %, qui est la limite en cas d’utilisation de l’ISO 14129 ou d’autres normes pour les
méthodes d’essai de cisaillement dans le plan des composites plastiques renforcés de fibres.
NORME INTERNATIONALE ISO 20337:2018(F)
Composites plastiques renforcés de fibres — Méthode
d'essai de cisaillement à l'aide d'un châssis de cisaillement
pour la détermination de la contrainte de cisaillement /
déformation au cisaillement dans le plan et du module de
cisaillement
1 Domaine d’application
Le présent document spécifie une méthode utilisant un appareillage d’essai de cisaillement pour mesurer
la contrainte de cisaillement/déformation au cisaillement dans le plan, le module de cisaillement et la
résistance au cisaillement des matériaux composites plastiques renforcés de fibres continues avec une
orientation des fibres de 0° et 0°/90°.
Cette méthode est applicable aux stratifiés à matrice thermodurcie et thermoplastique constitués de
couches unidirectionnelles/non-tissés et/ou tissus, y compris tissus unidirectionnels, avec les fibres
orientées à 0° et 0°/90° par rapport à l’axe de l’éprouvette, dans lesquels l’assemblage est symétrique et
équilibré par rapport au plan médian de l’éprouvette.
Cette méthode convient pour déterminer les propriétés de cisaillement à la fois dans la plage
de déformation de la charge linéaire et non linéaire, même à des déformations au cisaillement
supérieures à 5 %.
Les composites plastiques renforcés de fibres courtes et longues peuvent également être soumis à
l’essai selon le présent document.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 291, Plastiques — Atmosphères normales de conditionnement et d'essai
ISO 1268 (toutes les parties), Plastiques renforcés de fibres — Méthodes de fabrication de plaques d’essai
ISO 2818, Plastiques — Préparation des éprouvettes par usinage
ISO 2602, Interprétation statistique de résultats d'essais — Estimation de la moyenne — Intervalle de
confiance
ISO 7500-1, Matériaux métalliques — Étalonnage et vérification des machines pour essais statiques
uniaxiaux — Partie 1: Machines d'essai de traction/compression — Étalonnage et vérification du système
de mesure de force
ISO 12781-1, Spécification géométrique des produits (GPS) — Planéité — Partie 1: Vocabulaire et
paramètres de planéité
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
3.1
plan
plan formé par les axes de coordonnées 1 et 2
Note 1 à l'article: Voir la Figure 2.
3.2
contrainte de cisaillement dans le plan
τ
contrainte obtenue en divisant la charge de traction instantanée s’exerçant sur le châssis de cisaillement
par l’aire de la section transversale de l’éprouvette
Note 1 à l'article: Voir aussi 8.1.
Note 2 à l'article: La contrainte de cisaillement dans le plan est exprimée en MPa.
3.3
résistance au cisaillement dans le plan
τ
12M
valeur maximale de la contrainte de cisaillement
Note 1 à l'article: Voir aussi 8.2.
Note 2 à l'article: La résistance au cisaillement dans le plan est exprimée en MPa.
3.4
déformation au cisaillement
γ
somme des composantes individuelles de la déformation au cisaillement totale de l’éprouvette
Note 1 à l'article: Voir aussi 8.3.
3.5
module de cisaillement dans le plan
module sécant dans le plan
G
différence des contraintes de cisaillement τ ′′ et τ ′ divisée par la différence des déformations au
12 12
′′ ′
cisaillement correspondantes γ =0,005 et γ =0,001
12 12
Note 1 à l'article: Voir aussi 8.4 et la Figure 4.
Note 2 à l'article: Le module de cisaillement dans le plan est exprimé en MPa.
3.6
direction de l’axe de coordonnées 1
<éprouvette> direction parallèle à l’axe de chargement de la machine d’essai
Note 1 à l'article: Les fibres orientées selon un angle de 0° sont dans cette direction.
Note 2 à l'article: Voir la Figure 2 et la Figure 3.
2 © ISO 2018 – Tous droits réservés

3.7
direction de l’axe de coordonnées 2
<éprouvette> direction perpendiculaire à l’axe de chargement de la machine d’essai
Note 1 à l'article: Les fibres orientées selon un angle de 90° sont dans cette direction.
Note 2 à l'article: Voir la Figure 2 et la Figure 3.
4 Principe
Une éprouvette carrée, avec des angles renfoncés et des fibres de renfort orientées à 0° et 0°/90° par
rapport à l’axe de l’éprouvette, est maintenue dans un châssis de cisaillement et est soumise à une
charge de cisaillement pure. Pour déterminer le module de cisaillement et la résistance au cisaillement,
la charge de traction qui s’exerce sur le châssis de cisaillement et la déformation au cisaillement associée
sont mesurées.
Avec cette méthode, une éprouvette est mise dans un état de cisaillement pur, ce qui permet de réaliser
l’essai sans interférence par des contraintes de cisaillement ou autres superposées, et, par conséquent,
de s’assurer que les caractéristiques du matériau sont déterminées de manière reproductible.
L’éprouvette est fixée sur tous ses côtés par un dispositif qui exerce une pression uniforme et
repr
...