Скорости высвобождения энергии G 

При определении свойств волокнистых композитов особую роль играют скорости высвобождения энергии в качестве характеристик механики разрушения.
91_Energiefreisetzungsrate

Цель испытания

Эти характеристики указывают зависимую от площади трещины энергию, которая должна быть израсходована при регламентированном образце для расширения трещины. Результатом является значение, описывающее чувствительность распространения трещины в слоистом материале. При измерении типы нагружения бывают разными.

  • Режим I: раскрытие трещины
  • Режим II: нагружение сдвига вдоль плоскости слоистого материала
  • Режим II: скручивающее нагружение поперек плоскости слоистого материала

Измерение скоростей высвобождения энергии в режиме I используется чаще всего, оно регламентируется, кроме всего прочего, в стандартах ISO, ASTM и EN. Для режима III в настоящий момент стандартизации не существует. Кроме того, в ASTM упоминается метод смешанного режима, позволяющий комбинировать нагружение режима I и режима II с варьируемыми пропорциями.

91_Energiefreisetzungsrate_Grafik

Режим I, измерение в испытательной конструкции DCB

  • Измерение скоростей высвобождения энергии в режиме I обычно проводится с помощью образца DCB (Double Cantilever Beam).
  • Этот образец обладает трещиной на междуслойном уровне, созданной, например, вложенной при ламинировании пластиковой пленкой.
  • Нагружение может прикладываться через наклеенные нагружающие блоки, шарниры или специальные крепления, вставляемые в зев трещины.
  • При этом в течение испытания раскрытие трещины измеряется как ход траверсы и корректируется на значение деформации сторон образца. Из интеграла измеренного усилия на деформацию рассчитывается затраченная энергия. Рост трещины отслеживается визуально на боку образца.
92_Videonachfhrung
93_Lupe
  • Анализ длины трещины может вручную проводить оператор, рассматривая через увеличительное стекло помеченную боковую поверхность образца. Для достижения лучшей отслеживаемости измерения используются цифровые лупы, проводимые в соответствии с ростом трещины вдоль образца и снимающие видео во время измерения.
  • Этот видеофрагмент покадрово синхронизируется с кривой измеренных значений. Таким образом, в случае сомнения испытание можно дополнительно проверить и откорректировать.
  • Процессы испытания и анализа результатов могут различаться, в зависимости от применяемых стандартов.
  • Стандарты: ISO 15024, ASTM D 5528, AITM 1-0005, AITM 1-0053, Boeing BSS 7273, CRAG method 600, NASA method RP 1092 ST-5, ESIS TC 4, prEN 6033 (отменен) 
94_ModeII

Режим II – измерение в испытательной конструкции SENB / ENF

Нагружения в режиме II можно создавать и измерять на образцах с надрезом в процессе испытания как на изгиб, так и на растяжение и сжатие.

Измерение скорости высвобождения энергии в режиме II стандартизировано как испытание на изгиб. Здесь для расширения трещины используются возникающие в процессе испытания на изгиб напряжения сдвига. Образцы обозначаются как SENB (Single End Notch Bending), однако термин ENF (End Notch flexure) также является употребительным. Измерение прогиба осуществляется по перемещение траверсы (с корректировкой жесткости) или посредством установленного по центру датчика перемещения.

Точка инициирования трещины характеризуется максимальным усилием. В конце измерения образец охлаждается в жидком азоте, затем полностью разрушается для обмера поверхностей разрушения.

Energiefreisetzungsrate

Mixed Mode Bending (MMB)

Прогиб „Mixed Mode“ можно измерять на однонаправленных слоистых материалах. При этом комбинируются режим I и режим II, причем позицию скобы приложения усилия определяет соответствующая пропорция режима I и режима II.
вверх