Uji tarik ASTM D3039 pada komposit
Uji tarik menurut ASTM D3039 / ASTM D3039M digunakan untuk menentukan modulus tarik dan nilai karakteristik elastisitas rasio Poisson, serta kekuatan tarik material komposit. Ini termasuk laminasi komposit searah (UD) dan multidirectional (MD) yang diperkuat serat kontinu, di mana laminasi MD dapat terdiri dari laminasi UD satu lapis, anyaman, atau arsitektur serat tekstil lainnya. Komposit plastik yang diperkuat serat (FRP) dengan serat penguat yang terputus-putus dan terdistribusi secara acak (misalnya, senyawa cetakan lembaran - SMC) juga dapat diuji.
Standar yang juga umum digunakan untuk pengujian tarik plastik yang diperkuat serat panjang atau kontinu adalah ISO 527-4 (kondisi pengujian untuk plastik yang diperkuat serat isotropik dan anisotropik) dan ISO 527-5 (kondisi pengujian untuk plastik yang diperkuat serat searah).
Nilai objektif dan karakteristik Menjalankan pengujian & peralatan pengujian Kondisi pengujian Spesimen & dimensi Informasi tambahan FAQ Unduhan
Tujuan pengujian dan nilai karakteristik yang ditentukan untuk ASTM D3039
Uji tarik pada komposit menurut ASTM D3039 dilakukan untuk menentukan sifat tarik dalam proses pengembangan dan kualifikasi material, untuk penentuan nilai karakteristik yang akan digunakan untuk tata letak dan desain struktur komposit, serta dalam jaminan kualitas.
Terlepas dari jenis penguat serat, berikut ini hasil karakteristik dan nilai karakteristik ditentukan oleh ASTM D3039:
- Tekanan tarik: gaya yang terkait dengan penampang awal spesimen
- Strain axial: perubahan panjang pengukur dengan mengacu pada panjang pengukur awal dalam arah beban
- Ketegangan melintang: Perubahan panjang pengukur dengan mengacu pada panjang pengukur awal dalam arah melintang (hanya diperlukan untuk penentuan rasio Poisson)
- Modulus tarik: kemiringan kurva tegangan-strain dalam interval strain tertentu dalam rentang elastis. Disebut juga modulus elastisitas atau modulus Young
- Kekuatan tarik: nilai maksimum tegangan tarik yang ditentukan dalam uji tarik
- strain saat patah: strain aksial saat kekuatan tarik tercapai
- Rasio Poisson: rasio negatif strain melintang terhadap strain aksial
Untuk komposit yang diperkuat serat dengan perilaku tegangan-strain bi-linear, nilai karakteristik tambahan dapat ditentukan:
- Transisi strain: Nilai rata-rata strain aksial di area transisi. Biasanya ditentukan dari kurva tegangan-strain aksial
Baik standar ASTM D3039 maupun ISO 527-4/ISO 527-5 mendefinisikan kondisi pengujian untuk pengujian tarik komposit. Terlepas dari kesamaan dalam metode pengujian, nilai karakteristik yang ditentukan tidak sepenuhnya dapat dibandingkan, karena bentuk spesimen dan dimensi spesimen serta penentuan nilai karakteristik berbeda dalam beberapa aspek (misalnya, interval regangan untuk modulus tarik dan strain transisi yang disebutkan di atas).
Untuk menyederhanakan performa pengujian, program pengujian testXpert yang sudah dikonfigurasikan sebelumnya dengan semua pengaturan sesuai dengan persyaratan standar ASTM D3039 dapat digunakan.
grip spesimen dan perlengkapan penyelarasan untuk hasil pengujian yang andal terhadap ASTM D3039
Untuk melakukan uji tarik terhadap dan ISO D3039, spesimen tarik yang sesuai gripped dalam grip spesimen dari mesin uji statis. Direkomendasikan untuk secara teratur memeriksa keselarasan grip spesimen yang benar menurut ASTM E1012. Untuk laboratorium pengujian terakreditasi Nadcap di industri kedirgantaraan, bukti penyelarasan adalah wajib.
Body-over-wedge mekanis atau grip bodi-over-wedge hidrolik cocok untuk kebutuhan ini. Jika bukti penyelarasan tidak diperlukan, dapat diselaraskan secara bersyarat grips sekrup wedge juga bisa digunakan.
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.
Mesin uji tarik untuk ASTM 3039
Untuk uji tarik sesuai ASTM D3039 dengan spesimen standar dan untuk banyak metode pengujian standar lainnya fiber-reinforced plastik, menggunakan mesin pengujian 100 kN seringkali cukup. Dengan konfigurassi mesin 100 kN yang ditunjukkan di sebelah kanan, penggunaan pegangan body-over-wedge mekanis memudahkan untuk beralih di antara pengaturan pengujian dan perlengkapan pengujian yang berbeda. Karena pegangan spesimen mudah dilepas, 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.
Ekstensometer untuk pengukuran strain sesuai ASTM D3039
Untuk penentuan yang benar dari nilai karakteristik elastis dan strain saat putus, perlu mengukur strain secara langsung pada spesimen. Untuk menentukan modulus Young dan regangan putus, pengukuran strain aksial sudah cukup. Untuk menentukan rasio Poisson sebagai tambahan, diperlukan sistem pengukuran strain biaksial, yang juga memungkinkan Anda mengukur strain melintang. Untuk pengukuran regangan, Anda dapat menggunakan pengukur strain, sistem pengukuran lengan sensor seperti ekstensometer clip-on (batasan: tidak sampai spesimen patah) atau ekstensometer lengan sensor otomatis (makroXtens, multiXtens) serta sistem optik non-kontak (videoXtens).
Kondisi pengujian ASTM D3039
Kecepatan pengujian
ASTM D3039 menyatakan dua opsi untuk mengatur kecepatan pengujian.
Salah satunya adalah dengan menetapkan laju strain konstan sebesar 0.01 min-1 (nilai nominal). Dan alternatifnya, pengujian dapat dilakukan pada kecepatan konstan 2mm/min (nilai nominal).
- Kegagalan spesimen yang valid
Untuk dokumentasi kegagalan spesimen, ASTM D3039 menyediakan kode 3 huruf yang secara unik mendefinisikan mode kegagalan dan posisi di sepanjang spesimen yang dicengkeram. Kegagalan dianggap tidak sah bila patahnya terjadi pada rahang, pada daerah transisi atau dalam jarak yang sama dengan satu lebar spesimen dari rahang. Namun, uji tarik lurus 0° UD sering kali menunjukkan kegagalan ledakan berenergi tinggi yang menyebabkan seluruh area bebas (tidak tergores) dari spesimen hancur. Oleh karena itu kegagalan ini biasanya diklasifikasikan sebagai kegagalan yang valid.
Kisaran suhu
Karena sifat mekanik plastik yang diperkuat serat sebagian besar bergantung pada suhu, selain uji tarik pada suhu sekitar, pengujian juga dilakukan pada suhu rendah dan tinggi. Di sini, mesin uji dapat dilengkapi dengan temperatur chamber untuk kisaran suhu -80 °C hingga 360 °C.
Spesimen dan dimensi sesuai dengan ASTM D3039
| Jenis spesimen/laminasi | Diagram skematik bentuk spesimen (disederhanakan, tidak diperbesar) | Catatan tentang penggunaan strip cap |
|---|---|---|
| Laminasi 0° UD |  |
|
| Laminasi 90° UD |  |
|
| UD multiarah dan laminasi tenunan, laminasi yang diperkuat serat terputus-putus dengan orientasi serat acak (misalnya SMC) |  | Untuk laminasi UD atau anyaman multiarah, atau untuk spesimen yang dibuat dari laminasi yang diperkuat serat terputus-putus dengan orientasi serat acak, penggunaan kain abrasif sebagai pengganti elemen penerapan gaya terikat seringkali sudah cukup |
- Elemen penerapan gaya terikat (strip penutup) tidak diperlukan, namun sangat disarankan untuk laminasi UD, untuk mencegah patahnya rahang yang tidak sah (patah pada atau pada rahang).
- Laminasi plastik yang diperkuat serat kaca (GFRP) dengan orientasi serat ±45° terhadap arah beban pada spesimen tarik telah terbukti menjadi bahan strip penutup yang sesuai.
- Spesifikasi dalam ASTM D3039 untuk geometri spesimen masing-masing jenis laminasi merupakan rekomendasi dan memungkinkan hasil dibandingkan antar laboratorium. Penyimpangan dalam dimensi spesimen diperbolehkan asalkan rekomendasi umum untuk geometri spesimen yang disediakan oleh standar dipatuhi.
- Saat menggunakan lengan sensor atau sistem pengukuran regangan non-kontak, panjang pengukur L0 harus antara 10 dan 50 mm.
Informasi tambahan tentang ASTM D3039
- Dengan standar ASTM D3039 ,baik Sistem Satuan Internasional (SI) maupun sistem satuan inci-pound (Imperial) dapat digunakan untuk parameter uji dan dimensi spesimen. Namun, penting untuk menghindari penggabungan dua sistem unit, karena hal ini dapat menyebabkan hasil yang tidak sesuai standar.
- Untuk menentukan sifat tarik pada tingkat lapisan tunggal, komposit multilayer diproduksi di mana setiap lapisan diorientasikan dengan cara yang sama. Hal ini terutama berlaku untuk laminasi UD 0° atau 90°. Dalam kasus komposit anyaman multilapis yang berorientasi serupa, nilai karakteristik mekanis juga direferensikan dalam hal arah lungsin dan benang pakan.
- Selain melakukan uji tarik untuk pengembangan material, kualifikasi material dan tujuan jaminan kualitas, nilai karakteristik yang ditentukan pada tingkat lapisan tunggal juga digunakan dalam desain struktur komposit untuk metode perhitungan analitis. Dengan menggunakan teori laminasi klasik, misalnya, sifat elastisitas komposit multilayer multidirectional dapat dihitung dari nilai karakteristik masing-masing lapisan. Nilai kekuatan pada tingkat lapisan tunggal digunakan, antara lain, untuk perhitungan kriteria kegagalan seperti tegangan maksimum, Hashin, Puck atau LaRC.
- Karena sifat mekanik komposit multilayer bergantung pada orientasi masing-masing lapisan, setiap komposit multilayer dengan orientasi lapisan individu yang berbeda menghadirkan sifat tarik mekanik yang berbeda. Since the mechanical properties of a multilayer composite depend on the orientation of the respective individual layers, every multilayer composite with different individual-layer orientations presents different mechanical tensile properties. Proses pembuatannya sendiri memiliki pengaruh yang signifikan pada nilai karakteristik yang dihasilkan. Oleh karena itu, pengaruh proses manufaktur terhadap sifat mekanik laminasi plastik yang diperkuat serat (FRP) sering divalidasi dengan pengujian mekanis.
Pertanyaan yang sering diajukan tentang pengujian komposit sesuai ASTM D3039
ASTM D638 adalah metode uji standar untuk penentuan sifat tarik plastik tanpa perkuatan dan plastik bertulang menggunakan spesimen halter. Ketika serat kontinu atau serat terputus-putus dengan modulus >20 GPa digunakan untuk penguatan, ASTM D638 mengacu pada metode pengujian standar ASTM D3039 untuk penentuan sifat tarik komposit matriks polimer. Spesimen persegi panjang digunakan untuk ASTM D3039. Uji tarik pada plastik yang diperkuat serat karbon atau kaca (CFRP, GFRP) khususnya dengan serat kontinu, menghasilkan gaya uji yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan uji tarik pada plastik yang tidak diperkuat atau diperkuat serat pendek, sehingga memerlukan penggunaan mesin uji yang sesuai.
ASTM D3039 adalah metode uji standar untuk penentuan sifat tarik komposit yang diperkuat serat. Serat penguat modulus tinggi dapat berupa serat kontinu atau serat terputus-putus dengan orientasi serat acak. Dimensi spesimen persegi panjang yang direkomendasikan dalam ASTM D3039 bergantung pada jenis laminasi komposit yang akan diuji (misalnya, 0° searah, 90° searah, multiarah, atau terputus-putus secara acak).
Ketebalan spesimen untuk ASTM D3039 tergantung pada jenis laminasi yang sifat tariknya akan ditentukan.
Manfaatkan software pengujian terkemuka dalam pengujian material
Perangkat lunak pengujian testXpert dari ZwickRoell menawarkan:
- Pengoperasioan sederhana: mulai pengujian segera dan jadilah testXpert dengan tetap menjaga keamanan maksimum.
- Pengujian yang andal dan efisien: manfaatkan hasil pengujian yang andal dan efisiensi pengujian yang maksimal.
- Integrasi yang fleksibel: testXpert adalah solusi optimal untuk semua aplikasi dan proses Anda - sederhananya, alur kerja yang lebih efektif.
- Desain yang tahan terhadap masa depan: perangkat lunak pengujian untuk seluruh siklus hidup, siap untuk tugas pengujian Anda di masa depan!