ASTM D6641 Combined Loading Compression (Uji Kompresi Beban Gabungan).
ASTM D6641 adalah metode uji standar untuk Young’s modulus, strength, dan strain at break dari laminasi fiber composite di bawah beban kompresi. Uji ini cocok untuk laminasi UD 0°, 90° atau multidirectional, untuk komposit woven dan laid scrim, atau untuk fiber composites dengan serat penguat yang tidak kontinu dan terdistribusi secara acak (misalnya chopped fiber composites, SMC).
Dalam uji combined loading compression, gaya gabungan diterapkan melalui komponen gaya normal pada permukaan ujung spesimen dan komponen gaya geser pada bagian spesimen yang diklem. Penerapan gaya gabungan ini sangat menguntungkan untuk uji kompresi pada laminasi fiber composite dengan kekuatan tinggi. Kepatuhan terhadap toleransi yang ditentukan dalam standar untuk keselarasan (parallelism) permukaan ujung spesimen dan tegak lurusnya permukaan ujung terhadap arah beban sangat penting untuk mencapai hasil yang optimal.
Sesuai dengan ASTM D6641, baik spesimen tanpa tabs (Prosedur A) maupun spesimen dengan (Procedure B) dapat digunakan. Lihat bagian "Test specimens and dimensions" di bawah untuk informasi lebih lanjut.
Standar uji lain yang sering digunakan untuk uji kompresi pada plastik berbasis fiber panjang atau kontinu adalah ASTM D695 atau DIN EN 2850 metode B sesuai prinsip pure end loading, dan ASTM D3410 atau ISO 14126 metode 1 sesuai prinsip pure shear loading. Uji combined loading compression standar lainnya dijelaskan dalam ISO 14126 metode 2.
Tujuan dan nilai karakteristik Menjalankan uji CLC test fixture Mesin pengujian Pengukuran regangan Alat uji Spesimen
Tujuan pengujian dan nilai karakteristik yang ditentukan untuk ASTM D6641
Uji kompresi pada komposit sesuai ASTM D6641 dilakukan untuk menentukan properti mekanis kompresi selama pengembangan dan kualifikasi material, untuk menentukan nilai karakteristik dalam perancangan dan desain struktur komposit, serta dalam quality assurance.
Uji combined loading compression sesuai ASTM D6641 dapat digunakan untuk menentukan hasil dan nilai karakteristik berikut:
- Compressive stress: force tekan yang terkait dengan initial cross section spesimen
- Compressive strain: perubahan gauge length relatif terhadap initial dalam arah beban
- Compressive modulus: kemiringan kurva stress-compression dalam uji kompresi pada interval regangan tertentu di daerah elastis. Disebut juga modulus elastisitas atau modulus Young
- Kekuatan tekan: tegangan tekan maksimum yang ditahan oleh spesimen selama uji tekan.
- Strain at break: kompresi saat kekuatan tekan tercapai
Jika digunakan biaxial strain gauge, yang memungkinkan pengukuran strain pada arah longitudinal dan transversal, Poisson's ratio juga dapat ditentukan dalam uji kompresi sesuai ASTM D6641 dan dibahas sesuai dengan standar. Namun, hal ini tidak praktis karena panjang bebas spesimen yang relatif kecil dalam uji kompresi, sehingga jarang dilakukan. Uji tarik sesuai ISO 527-4,-5 atau ASTM D3039 jauh lebih cocok untuk menentukan Poisson's ratio.
Bagaimana uji kompresi sesuai ASTM D6641 dilakukan?
Di bawah ini Anda akan menemukan informasi penting mengenai pelaksanaan uji combined loading compression pada komposit serta mesin uji, perangkat uji, dan strain gauge yang diperlukan. Untuk informasi lebih rinci mengenai ASTM D6641, sangat penting untuk membeli standar tersebut.
Perlengkapan uji combined loading compression sesuai ASTM D6641.
Untuk uji combined loading compression (CLC) sesuai ASTM D6641, diperlukan test fixture yang memungkinkan penerapan gaya secara gabungan melalui permukaan ujung dan melalui bagian spesimen yang diklem.
Dalam combined loading compression fixture yang ditunjukkan dalam standar, spesimen diklem menggunakan 4 baut di bagian atas dan bawah fixture yang saling dipandu. Permukaan ujung spesimen sejajar dengan permukaan ujung perangkat. Test fixture dengan spesimen yang terpasang kemudian ditempatkan di antara compression platen yang sejajar dan mengeras, lalu diberikan beban hingga spesimen patah.
Sesuai ASTM D6641, test fixture yang sebanding juga dapat digunakan untuk uji combined loading compression, yang sesuai dengan prinsip penerapan gaya gabungan pada spesimen uji:
Hydraulic composites compression fixture (HCCF), yang tersedia secara eksklusif dari ZwickRoell untuk uji kompresi pada komposit hingga 250 kN, adalah fixture kompresi yang sangat serbaguna dan juga cocok untuk uji combined loading compression sesuai ASTM D6641.
Beberapa keunggulan dan fitur HCCF
- Memungkinkan uji kompresi dilakukan sesuai prinsip combined loading compression (ASTM D6641, ISO 14126 metode 2, atau Airbus AITM 1-0008)
- Memungkinkan uji kompresi dilakukan sesuai prinsip pure shear loading (ASTM D3410 atau ISO 14126 metode 1)
- Untuk gaya tekan sampai 250 kN
- Untuk lebar spesimen hingga 35 mm dan ketebalan laminasi hingga 10 mm
- Proses pengujian spesimen yang cepat selama pengujian, karena HCCF tetap berada di dalam mesin pengujian.
- Jaws disejajarkan secara presisi satu sama lain dan tidak terjadi perpindahan jaws relatif terhadap satu sama lain selama uji.
- Pandangan tak terbatas terhadap bagian bebas spesimen memungkinkan penggunaan metode pengukuran strain optik seperti digital image correlation (DIC)
Catatan: ASTM D6641 mensyaratkan pengukuran regangan dua sisi pada permukaan yang berlawanan di bagian bebas spesimen.Karena area yang relatif kecil sebesar 13×13 mm² pada geometri spesimen standar ASTM D6641, strain gauge umumnya merupakan metode yang paling sesuai untuk pengukuran strain. Lihat bagian “ Strain measurement ” di bawah untuk informasi lebih lanjut.
- Deformasi yang disebabkan oleh penyimpangan pada lapisan adhesif atau ketebalan tabs saat mengencangkan spesimen—dapat dikenali dari perbedaan absolut >150 µe antara strain gauge yang mengukur di kedua sisi—dapat diperbaiki dengan cepat dan mudah dengan membuka jaws dan menambahkan shim.
- Dapat digunakan untuk uji kompresi dalam rentang temperatur -60 °C hingga +150 °C.
- Pompa hidraulik yang dioperasikan secara manual memungkinkan penjepitan spesimen dengan sangat presisi.
Jaw inserts dengan pola skala atau permukaan kasar yang diaplikasikan menggunakan proses thermal coating tersedia untuk HCCF. Jaws dengan thermal coating sebaiknya digunakan saat menguji spesimen tanpa tabs (ASTM D6641 prosedur A).
Mesin pengujian untuk ASTM D6641
Untuk pengujian kompresi sesuai ASTM D6641 dengan spesimen standar, serta untuk banyak metode uji terstandarisasi lainnya pada fiber-reinforced plastics, penggunaan mesin uji AllroundLine 100 kN biasanya sudah memadai. Ditunjukkan adalah setup pengujian untuk uji kompresi dengan fixture kompresi HCCF dan extension rods di bagian atas dan bawah, yang memungkinkan pelaksanaan uji kompresi di dalam temperatur chamber. Extension rods tidak diperlukan untuk uji kompresi pada suhu ruang. Dengan konfigurasi mesin 100 kN seperti yang ditunjukkan, penggunaan mechanical body-over-wedge specimen grips untuk uji tarik (lihat gambar kecil di kanan atas) memudahkan pergantian antara berbagai setup dan fixture pengujian. Dengan cukup melepas specimen grips, seluruh area kerja mesin uji juga dapat digunakan untuk pengujian non-standar. Kaki penyangga memungkinkan penyesuaian ketinggian area kerja secara individual dan ergonomis.
Jika pengujian dilakukan secara eksklusif pada plastik yang diperkuat serat gelas (GFRP), mesin statis dengan gaya maksimum 50 kN biasanya sudah cukup.
Sistem pengujian modular untuk komposit
Laboratorium pengujian yang lebih besar dengan volume pengujian yang tinggi menggunakan mesin pengujian yang berbeda untuk metode pengujian komposit yang sangat beragam, dan dengan demikian dapat meminimalkan upaya konversi. Mesin pengujian individual dapat disesuaikan dengan rentang gaya yang diperlukan untuk berbagai jenis pengujian. Jika tingkat throughput tidak tinggi atau cukup konsisten sehingga investasi pada beberapa mesin pengujian masuk akal, opsi alternatifnya adalah melengkapi satu mesin pengujian sehingga Anda dapat melakukan metode pengujian sebanyak mungkin dengan upaya konversi mesin yang paling sedikit.
ZwickRoell mengembangkan desain modular, yang tersedia sebagai mesin pengujian 100 kN atau 250 kN yang mencakup 21 metode pengujian dan sekitar 120 standar pengujian (ISO, EN, ASTM, serta Airbus AITM dan Boeing BSS), dan yang memungkinkan karakterisasi komprehensif bahan komposit yang diperkuat serat pada suhu kamar atau untuk pengujian pada uhu rendah atau tinggi mulai dari -80 °C hingga +360 °C.
Reliable testing sesuai ASTM D6641 berkat software pengujian testXpert kami
Software pengujian testXpert mendukung pengujian yang efisien dan hasil uji reliable sesuai dengan ASTM D6641:
- Menghilangkan kebutuhan untuk mempelajari standar: Kepatuhan terhadap standar terjamin melalui program uji standar—semua nilai karakteristik dan parameter ASTM D6641 sudah tersimpan sebelumnya.
- Anda dapat mencapai efisiensi pengujian maksimal dengan menghubungkan perangkat periferal: Mengirimkan dimensi spesimen dari mikrometer atau jangka sorong langsung ke software pengujian menghemat waktu dan menghilangkan kesalahan input.
- Periksa dan kendalikan suhu di dalam chamber melalui software juga. Atur suhu landai dan lihat nilai yang telah dipertahankan secara retrospektif, dengan penelusuran.
Pengukuran regangan menggunakan uji kompresi sesuai ASTM D6641.
Uji kompresi sesuai dengan ASTM D6641 memerlukan pengukuran regangan dua sisi dan independen di area bebas yang tidak didukung pada spesimen (gauge length). Karena area yang relatif kecil sebesar 13×13 mm2 pada geometri spesimen nominal, penggunaan strain gauges yang dipasang di kedua sisi merupakan metode pengukuran regangan yang paling sesuai.
Pengukuran regangan double-sided dan independent pada spesimen diperlukan untuk mendeteksi persentase pembengkokan/bending dan membedakan antara uji yang valid dan tidak valid. Lihat bagian Kondisi pengujian – Pemantauan deformasi bending yang tumpang tindih (persentase bending) di bawah ini.
Karena desain terbuka dari HCCF compression fixture, juga dimungkinkan penggunaan clip-on extensometer yang mengukur secara independen di kedua sisi. Namun, diperlukan panjang bebas minimal 13 mm untuk hal ini. Panjang bebas yang lebih panjang diperbolehkan menurut ASTM D6641 dan menguntungkan untuk penggunaan clip-on extensometer, asalkan ketebalan spesimen diatur sesuai untuk menghindari Euler buckling.
Kondisi uji berdasarkan ASTM D6641
Kecepatan pengujian
Kecepatan uji nominal sesuai dengan ASTM D6641 adalah 1,3 mm/menit.
Kegagalan spesimen yang valid
ASTM D6641 menyediakan 3-letter code untuk pendokumentasian kegagalan spesimen, yang secara jelas mendefinisikan mode kegagalan dan posisi sepanjang spesimen. Tergantung pada arsitektur serat dan laminate yang diuji, berbagai mode kegagalan yang valid dapat terjadi dalam uji kompresi, misalnya patah melintang lebar spesimen, patah geser miring melalui ketebalan spesimen (biasanya pada uji kompresi pada laminate 90° UD), kink band, brooming, splitting, delaminasi, atau kombinasi dari berbagai mode kegagalan yang valid.
Uji kompresi hanya dianggap valid jika spesimen patah dalam panjang bebas. Retakan/fraktur di area tengah panjang bebas sesuai dengan kasus ideal, tetapi karena panjang bebas yang pendek dan permukaan retakan yang sebagian miring, retakan juga terjadi di transisi dari rahang ke area bebas atau di transisi dari tab ke area bebas. Ini juga dianggap sebagai kegagalan spesimen yang valid.
Jenis kegagalan yang tidak valid adalah Euler buckling atau kegagalan pada permukaan ujung spesimen, serta segala jenis kegagalan spesimen di area pengikatan (clamping area).
Pemantauan persentase bending
Selain kegagalan spesimen yang valid, untuk uji kompresi yang valid secara keseluruhan sesuai dengan ASTM D6641, persentase bending pada beban kompresi tidak boleh melebihi rentang yang ditentukan. Nilai bending persentase yang dihitung untuk ini ditentukan menggunakan sinyal regangan ε1 dan ε2 yang diukur di kedua sisi spesimen uji menggunakan rumus By=(ε1-ε2)/(ε1+ε2)×100.
Untuk uji yang valid: Oleh <10% pada interval regangan rata-rata dalam penentuan modulus Young pada 2000 µε dan Oleh <10% untuk kekuatan tekan dan strain at break.
Jika terjadi lonjakan dan diskontinuitas pada sinyal regangan akibat kegagalan dini pada laminat dekat kekuatan patah, uji ini tetap valid meskipun kriteria regangan lentur terpenuhi pada 90% dari kekuatan tekan.
Kisaran suhu
Karena sifat mekanik plastik yang diperkuat serat sangat bergantung pada temperatur, selain uji kompresi pada suhu ruang, pengujian juga dilakukan pada temperatur rendah dan tinggi. Untuk tujuan ini, HCCF compression fixture dari ZwickRoell dapat digunakan dalam rentang temperatur -60 °C hingga +150 °C, yang mencakup rentang pengujian temperatur umum antara -40 °C dan +80 °C (+120 °C) untuk aplikasi otomotif dan antara -55 °C dan +120 °C untuk aplikasi penerbangan.
Spesimen dan dimensi ASTM D6641
| Tipe spesimen | Representasi skematis dari spesimen | Catatan |
|---|---|---|
| Untabbed (Prosedur A) |  | Dapat digunakan untuk laminasi multidirectional dengan kurang dari 50% lapisan 0° jika kegagalan pada permukaan ujung spesimen dapat dihindari dan tidak memerlukan peningkatan besar pada gaya penjepit di atas tingkat yang direkomendasikan. |
| Tabbed (Prosedur B) |  |
|
- Laminasi GRP dengan sudut ±45° dapat digunakan sebagai bahan tab, yang direkatkan ke laminasi yang akan diuji menggunakan lem yang sesuai. Untuk ketebalan spesimen hingga 2,5 mm, ketebalan tab sekitar 1,6 mm telah terbukti cocok. Untuk ketebalan spesimen yang lebih tebal, pilih tab yang lebih tebal jika diperlukan.
- ASTM D6641 tidak mendefinisikan ketebalan spesimen standar. Ketebalan spesimen sebesar 2 hingga 3 mm biasanya diuji. Laminasi yang lebih tebal juga dapat diuji, asalkan alat uji kompresi yang digunakan untuk tujuan ini sesuai. Untuk ketebalan spesimen yang lebih kecil, perhitungan dimensi terhadap buckling Euler yang ditentukan dalam standar harus diperhatikan, terutama untuk laminasi dengan kekakuan rendah.
- Fiksasi kompresi HCCF awalnya dikembangkan untuk uji kompresi beban gabungan sesuai dengan Airbus AITM 1-0008. Panjang jaw yang ditentukan dalam AITM 1-0008 adalah 65 mm. Rahang asli HCCF oleh karena itu 1,5 mm terlalu panjang untuk geometri spesimen standar ASTM D6641. Spesimen kompresi berukuran 143 mm harus digunakan untuk melakukan uji kompresi beban gabungan sesuai dengan ASTM D6641 menggunakan HCCF. Sebagai alternatif, jaw yang sesuai yang dirancang untuk panjang spesimen nominal 140 mm dapat digunakan.
