ISO 13003:2003

Fibre-reinforced plastics — Determination of fatigue properties under cyclic loading conditions

ISO 13003:2003 defines the general procedures for fatigue testing of fibre-reinforced plastic composites under cyclic loading conditions of constant amplitude and constant frequency.

Plastiques renforcés de fibres — Détermination des propriétés de fatigue en conditions de chargement cycliques

L'ISO 13003:2003 définit les principes généraux applicables aux essais de fatigue sur matériaux composites à matrices plastiques renforcées par des fibres sous sollicitations cycliques à amplitude et fréquence constantes.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 09-Dec-2003
• 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: 9020 - International Standard under periodical review
• Start Date: 15-Jul-2024
• Completion Date: 15-Jul-2024

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13003
First edition
2003-12-15
Fibre-reinforced plastics —
Determination of fatigue properties under
cyclic loading conditions
Plastiques renforcés de fibres — Détermination des propriétés de
fatigue en conditions de chargement cycliques

Reference number
©
ISO 2003
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Published in Switzerland
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Contents Page
Foreword. iv
1 Scope. 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 1
4 Principle . 6
5 Apparatus. 7
6 Preparation and checking of test specimens. 7
7 Number of test specimens . 7
8 Conditioning and test environments . 8
9 Procedure. 8
10 Presentation of results . 9
11 Precision . 10
12 Test report. 11
Annex A (informative) Additional recommendations for flexural-test procedures. 13
Annex B (informative) Additional recommendations for tensile-test procedures. 15
Bibliography . 17

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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 13003 was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 13, Composites
and reinforcement fibres.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 13003:2003(E)

Fibre-reinforced plastics — Determination of fatigue properties
under cyclic loading conditions
1 Scope
This International Standard defines the general procedures for fatigue testing of fibre-reinforced plastic
composites under cyclic loading conditions of constant amplitude and constant frequency. Although these
general procedures are applicable to all modes of testing and test machine control, care will be required in
their application in each case. Prior experience has been mainly with tensile and flexural fatigue testing based
on the equivalent static (monotonic) test methods. Fatigue tests on unidirectionally reinforced carbon-fibre
systems in the fibre direction are particularly difficult to perform.
In some cases, such as fracture toughness crack propagation, specific tests may exist that should be used in
preference to this International Standard.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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 527-4, Plastics — Determination of tensile properties — Part 4: Test conditions for isotropic and
orthotropic fibre-reinforced plastic composites
ISO 527-5, Plastics — Determination of tensile properties — Part 5: Test conditions for unidirectional fibre-
reinforced plastic composites
ISO 1268 (all parts), Fibre-reinforced plastics — Methods of producing test plates
ISO 14125, Fibre-reinforced plastic composites — Determination of flexural properties
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
stress (induced in test specimen)
σ
nominal stress calculated, using the relevant equation given in the monotonic (static) test method used, from
the measured load
NOTE It is expressed in megapascals.
3.2
strain (imposed on test specimen)
ε
fractional elongation of the highest-loaded portion of the test specimen (e.g. the outer surface of a flexure
specimen)
NOTE It is calculated from the relevant equation given in the test method used and expressed as a dimensionless
ratio.
3.3
waveform
shape of the cyclic variation of the applied stress (load) or strain (displacement) between constant maximum
and minimum values
NOTE The default waveform shape is a sine waveform. Figure 1 gives an example of a constant-amplitude, constant-
frequency sine wave. Other waveform shapes, such as square, triangular and saw-tooth, are also used.

Key
X time
Y applied stress or strain X
X maximum (or peak) value of X
max
X mean value of X [X = (X + X )/2]
m m max min
X minimum (or trough) value of X
min
X amplitude of X
a
2X extent of variation of X (peak-to-peak amplitude)
a
a
1 cycle
Figure 1 — Example of sine waveform cycle
3.4
cycle
single completed waveform from any point on the waveform (e.g. mean, peak) to the next occurrence of the
same point
3.4.1
type of cycle
the type of cycle is defined by the position of the signal in relation to zero stress (load) or strain (displacement)
NOTE Figure 2 gives examples of stress cycles. For strain or deflection displacement cycles, strain or displacement
terms replace stress terms.
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Key
X time, t
Y stress, σ (or strain, ε)
1 compression-compression region
2 tension-compression region
3 tension-tension region
4 compression-compression cycle
5 zero-compression alternating cycle
6 compression-dominated alternating cycle
7 fully reversed or fully alternating cycle
8 tension-dominated alternating cycle
9 alternating cycles
10 zero-tension cycle
11 tension-tension cycle
Figure 2 — Examples of cycle types
3.5
frequency
f
number of cycles, or part cycles, completed in 1 s, expressed in hertz
3.6
stress, strain and displacement values
3.6.1
maximum stress
σ
max
maximum strain
ε
max
maximum displacement
d
max
highest value reached periodically by the stress, expressed in megapascals, or by the strain, expressed in
percent, or by the displacement, expressed in millimetres
3.6.2
minimum stress
σ
min
minimum strain
ε
min
minimum displacement
d
min
lowest value reached by the stress, expressed in megapascals, or by the strain, expressed in percent, or by
the displacement, expressed in millimetres
3.6.3
mean stress
σ
m
mean strain
ε
m
mean displacement
d
m
algebraic mean of the maximum and minimum stresses, strains or displacements:
σσ+
max min
σ = (1)
m
εε+
max min
ε = (2)
m
dd+
max min
d = (3)
m
3.6.4
stress amplitude
σ
a
strain amplitude
ε
a
displacement amplitude
d
a
value equal to half of the difference between the maximum and minimum stresses, strains or displacements:
σσ−
max min
σ = (4)
a
εε−
max min
ε = (5)
a
dd−
max min
d = (6)
a
NOTE In some cases, the extent of the stress, strain or displacement peak-to-peak variation is quoted (i.e. twice the
stress, strain or displacement amplitude).
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3.6.5
stress ratio
R
σ
strain ratio
R
ε
displacement ratio
R
d
ratio of the minimum stress, strain or displacement to the maximum stress, strain or displacement within a
cycle:
σ
min
R = (7)
σ
σ
max
ε
min
R = (8)
ε
ε
max
d
min
R = (9)
d
d
max
NOTE For example, R = 1 is fully reversed tension and compression of equal magnitude, while R = 0,1 is tension-
tension cycling where the minimum value is 0,1 × the maximum value.
3.7
load
F
the load, measured by a load sensor, on the specimen
NOTE The maximum and minimum values for each loading cycle are F and F , expressed in newtons.

max min
3.7.1
initial load
F
i
absolute value of the maximum amplitude of the load, measured before the end of the first 100 cycles or when
steady conditions are obtained
NOTE Its value can be obtained either by an individual measurement or by sampling over several cycles. It is
expressed in newtons.
3.7.2
load ratio
R
F
ratio of the minimum load to the maximum load within a cycle
F
min
R =
F
F
max
3.8
initial stress
σ
i
stress calculated from the initial load (3.7.1)
NOTE It is expressed in megapascals.
3.9
fatigue life
N
f
number of cycles to which a test specimen is subjected until failure occurs or the test is terminated
NOTE 1 For displacement-controlled tests in which failure does not occur either by separation of the specimen into two
or more parts or by excessive general damage (i.e. so that the load can no longer be sustained by the specimen), the end
of the test is defined as a damage level (or damage rate) related to a reduction in test specimen stiffness (e.g. 5 % to
20 %). The damage level is normally taken as a 20 % reduction in the absolute value.
NOTE 2 When the test is terminated before either failure or the stiffness limit criterion is reached (i.e. the test duration
to obtain failure is considered excessive), the fatigue life is not defined, but is only greater than the duration of the test.
These tests are referred to as “run-outs” and the data point is often indicated on plots of stress or strain against the
number of cycles by adding an arrow pointing to a higher test duration (e.g. x→, o→).
3.10
ultimate properties
3.10.1
ultimate tensile/fluxural strength at the static (standard) loading rate
S
UTS
S
UFS
parameter given by the test method used, e.g.
S
 UTS for tensile strength by ISO 527-4 or ISO 527-5;
S
 UFS for flexural strength by ISO 14125
3.10.2
ultimate tensile/fluxural strength at the fatigue loading rate
F
UTS
F
UFS
F F
parameter given by tests at the fatigue loading rate, e.g. UTS for tensile strength and UFS for flexural
strength
NOTE 1 The fatigue loading rate is taken as that resulting in failure in a time equivalent to 0,5 × the cycle time, i.e.
Test duration (s) = 0,5 × frequency (Hz)
NOTE 2 It can be set at the same frequency as the fatigue tests using a triangular waveform with an amplitude
sufficient to cause ultimate failure. N.B. For a rate-dependent material, such as continuously reinforced glass-fibre-
reinforced plastic, this may be significantly higher (> 40 %) than the static strength.
4 Principle
A continuously alternating mechanical load or applied displacement is applied at constant frequency to the
test specimen. The test may be carried out at a constant stress (load) amplitude, a constant strain
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 13003
Première édition
2003-12-15
Plastiques renforcés de fibres —
Détermination des propriétés de fatigue
en conditions de chargement cycliques
Fibre-reinforced plastics — Determination of fatigue properties under
cyclic loading conditions
Numéro de référence
©
ISO 2003
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E-mail [e-mail]
Web www.iso.org
Version française parue en 2005
Publié en Suisse
ii © ISO 2003 – Tous droits réservés

Sommaire Page
Avant-propos. iv
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 1
4 Principe. 6
5 Appareillage . 7
6 Préparation et contrôle des éprouvettes. 7
7 Nombre d'éprouvettes. 7
8 Conditionnement et environnements d'essai . 8
9 Mode opératoire . 8
10 Présentation des résultats. 9
11 Fidélité . 11
12 Rapport d'essai . 11
Annexe A (informative) Recommandations complémentaires pour les modes opératoires d'essai
en flexion . 13
Annexe B (informative) Recommandations complémentaires pour les modes opératoires d'essai
en traction. 15
Bibliographie . 17

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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée 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.
L'ISO 13003 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité SC 13, Composites
et fibres de renforcement.
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NORME INTERNATIONALE ISO 13003:2003(F)

Plastiques renforcés de fibres — Détermination des propriétés
de fatigue en conditions de chargement cycliques
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale définit les principes généraux applicables aux essais de fatigue sur
matériaux composites à matrices plastiques renforcées par des fibres sous sollicitations cycliques à amplitude
et fréquence constantes. Bien que ces modes opératoires généraux soient applicables à tous les modes
d'essai et de contrôle des machines d'essai, leur application fera l'objet d'une attention particulière dans
chaque cas. Une expérience antérieure principalement en matière d'essais de fatigue en traction et flexion est
fondée sur les méthodes d'essai statique (monotone) équivalentes. Les essais de fatigue sur les systèmes de
fibres de carbone renforcées unidirectionnelles suivant la direction des fibres sont particulièrement difficiles à
réaliser.
Dans certains cas, tels que la résistance à la propagation de fissure, des essais spécifiques peuvent exister
qu'il convient d'utiliser de préférence à ceux de la présente Norme internationale.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application 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 527-4, Plastiques — Détermination des propriétés en traction — Partie 4: Conditions d'essai pour les
composites plastiques renforcés de fibres isotropes et orthotropes
ISO 527-5, Plastiques — Détermination des propriétés en traction — Partie 5: Conditions d'essai pour les
composites plastiques renforcés de fibres unidirectionnelles
ISO 1268 (toutes les parties), Plastiques renforcés de fibres — Méthodes de fabrication de plaques d'essai
ISO 14125, Composites plastiques renforcés de fibres — Détermination des propriétés de flexion
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
contrainte (induite dans l'éprouvette)
σ
contrainte nominale calculée à partir de la charge mesurée à partir de l'équation correspondante indiquée
dans la méthode d'essai monotone (statique) utilisée
NOTE Elle est exprimée en MPa.
3.2
déformation (imposée à l'éprouvette)
ε
allongement sous forme de fraction des couches les plus sollicitées de l'éprouvette (par exemple la surface
extérieure d'une éprouvette en flexion)
NOTE Elle est calculée à partir de l'équation correspondante indiquée dans la méthode d'essai utilisée et exprimée
sous forme d'un rapport sans dimension.
3.3
forme d'onde
forme de la variation cyclique de la contrainte (charge) ou déformation (déplacement) appliquée entre des
valeurs maximales et minimales constantes
NOTE La forme d'onde par défaut est sinusoïdale. La Figure 1 donne un exemple d'onde sinusoïdale à amplitude et
fréquence constantes. D'autres formes d'ondes, en carré, en triangle ou en dents de scie sont également utilisées.

Légende
X temps
Y contrainte ou déformation appliquée X
X valeur maximale (ou pic) de X
max
X valeur moyenne de X [X = (X + X )/2]
m m max min
X valeur minimale (ou creux) de X
min
X amplitude de X
a
2X étendue de la variation de X (amplitude pic-à-pic)
a
a
1 cycle.
Figure 1 — Exemple d'un cycle à forme d'onde sinusoïdale
3.4
cycle
forme d'onde complète simple entre un point quelconque de la forme d'onde (par exemple moyenne ou pic) et
l'occurrence suivante du même point
3.4.1
type de cycle
le type de cycle est défini par la position du signal par rapport à la contrainte (charge) ou la déformation
(déplacement) zéro
NOTE La Figure 2 présente un exemple de cycle de contrainte. Pour les cycles de déformation ou de déplacement,
la déformation et le déplacement remplacent le terme de contrainte.
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Légende
X temps, t
Y contrainte, σ (ou déformation appliquée, ε)
1 zone de compression-compression
2 zone de traction-compression
3 zone de traction-traction
4 cycle de compression-compression
5 cycle alterné zéro-compression
6 cycle alterné dominante-compression
7 cycle purement inversé ou alterné
8 cycle alterné dominante-traction
9 cycles alternés
10 cycle de zéro-traction
11 cycle de traction-traction
Figure 2 — Exemple de cycles types
3.5
fréquence
f
nombre de cycles ou de cycles partiels, effectués en 1 s et exprimés en hertz
3.6
valeurs de contrainte, de déformation ou de déplacement
3.6.1
contrainte maximale
σ
max
déformation maximale
ε
max
déplacement maximal
d
max
plus grande valeur algébrique atteinte périodiquement par la contrainte, exprimée en mégapascals, ou par la
déformation, exprimée en pourcentage, ou par le déplacement, exprimée en millimètres
3.6.2
contrainte minimale
σ
min
déformation minimale
ε
min
déplacement minimal
d
min
plus petite valeur algébrique atteinte périodiquement par la contrainte, exprimée en mégapascals, ou par la
déformation, exprimée en pourcentage, ou par le déplacement, exprimé en millimètres
3.6.3
contrainte moyenne
σ
m
déformation moyenne
ε
m
déplacement moyen
d
m
moyenne algébrique des contraintes, déformations et déplacements maximaux et minimaux
σσ+
max min
σ = (1)
m
εε+
max min
ε = (2)
m
dd+
max min
d = (3)
m
3.6.4
amplitude de contrainte
σ
a
amplitude de déformation
ε
a
amplitude de déplacement
d
a
valeur égale à la moitié de la différence algébrique entre les contraintes, déformations ou déplacements
maximaux et minimaux
σσ−
max min
σ = (4)
a
εε−
max min
ε = (5)
a
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dd−
max min
d = (6)
a
NOTE Dans certains cas, l'étendue de l'écart de contrainte, déformation ou déplacement pic-à-pic est indiquée (c'est-
à-dire deux fois l'amplitude de contrainte, déformation ou déplacement).
3.6.5
rapport de contrainte
R
σ
rapport de déformation
R
ε
rapport de déplacement
R
d
rapport algébrique de la contrainte, de la déformation ou du déplacement minimal à la contrainte, la
déformation ou le déplacement maximal dans un cycle
σ
min
R = (7)
σ
σ
max
ε
min
R = (8)
ε
ε
max
d
min
R = (9)
d
d
max
3.7
charge
F
la charge, mesurée par un capteur de force, sur l'éprouvette
NOTE Les valeurs maximales et minimales définies à chaque cycle sont F et F exprimées en newtons.

max min
3.7.1
charge initiale
F
i
valeur absolue de l'amplitude maximale de la charge, mesurée avant la fin des 100 premiers cycles lorsque
des conditions stables sont obtenues
NOTE Sa valeur peut être obtenue soit par mesure individuelle, soit par échantillonnage sur plusieurs cycles. Elle est
exprimée en newtons.
3.7.2
rapport de charge
R
F
rapport de la charge minimale à la charge maximale dans un cycle
F
min
R =
F
F
max
3.8
contrainte initiale
σ
i
contrainte calculée à partir de la charge initiale (3.7.1)
NOTE Elle est exprimée en mégapascals.
3.9
résistance à la fatigue
N
i
nombre de cycles appliqués à une éprouvette jusqu'à la rupture ou la fin de l'essai
NOTE 1 Pour les essais à déplacement imposé, lorsque la rupture n'intervient pas soit par séparation de l'éprouvette
en deux parties ou davantage, soit par un endommagement général excessif (c'est-à-dire que la charge ne peut plus être
supportée par l'éprouvette), la fin de l'essai est définie par un niveau de défaillance (appelé aussi taux d'endommagement)
correspondant à une perte de rigidité de l'éprouvette (par exemple 5 % à 20 %). Ce niveau d'endommagement doit
normalement être fixé à 20 % de perte en valeur absolue.
NOTE 2 Quand l'essai est terminé avant qu'une défaillance ne se produise ou que le critère limite de rigidité soit at
...