Испытание GIc / DCB по ASTM D5528 и ISO 15024
С помощью испытания G1c по ASTM D5528 или ISO 15024 можно определять критическую междуслойную скорость освобождения энергии у композитных слоистых материалов для инициации и роста трещины в слоистом материале при нагружении в режиме I. Из-за используемой геометрии образцов испытание часто также называют испытанием DCB (Double Cantilever Beam).
Ввиду важности данного метода испытаний и данного свойства материалов для проектирования композитных конструкций в аэрокосмической отрасли существуют также специальные отраслевые стандарты Airbus (AITM 1-0005) и Boeing (BSS 7273), в которых, однако, для расчета результатов используется другая процедура, так называемый метод площадей, в отличие от стандартов ASTM D5528 и ISO 15024.
Цель и область применения Образцы DCB Проведение испытания Видео Оборудование Загрузки Запросить консультацию
Цель и область применения испытания GIc
Расслаивание у волокнистых композитов означает отсоединение или несоединение отдельных слоев в материале. Этот тип повреждений или дефектов снижает механические свойства слоистого материала и поэтому является особенно критичным для композитных конструкций.
При неблагоприятном нагружении и при достижении критического значения междуслойной скорости освобождения энергии данного композита в слоистом материале происходит распространение трещин. Если это происходит под действием растягивающего усилия, перпендикулярного плоскости трещины, это называется режимом I нагружения.
С помощью испытания DCB (Double Cantilever Beam) по ASTM D5528 или ISO 15024 можно надежно определять значения инициации и распространения критической междуслойной скорости освобождения энергии с нагружением в режиме I.
Образцы Double Cantilever Beam (DCB)
Образец Double Cantilever Beam (DCB) по ASTM D5528 и ISO 15024 изготавливают из композитной пластины с тонкой разделительной пленкой, вставленной с одной стороны в плоскость симметрии слоистого материала. Полученные таким образом образцы можно сгибать как изгибные балки со стороны с трещиной (отсюда и название Double Cantilever Beam - двойная консольная балка), в то время как отдельные слои композита остаются соединенными в оставшейся части образца.
Для приложения нагрузки на образец зачастую наклеивают нагрузочные блоки или шарнирные серьги. Для визуального отслеживания роста трещины в процессе испытания на кромку образца наносят метки в соответствии с требованиями стандартов.
ASTM D5528 и ISO 15024, проведение испытания
Элементы приложения усилия к образцу DCB (загрузочные блоки или шарнирные серьги) соединяются с захватами испытательной машины. Поскольку трещина на конце разделительной пленки часто бывает недостаточно острой, вследствие чего можно определить непрезентативное значение G1c, трещина сначала немного расширяется и образуется острая „предварительная трещина“. Длину предварительной трещины точно определяют и затем полностью разгружают образец. Во второй части испытания DCB образец снова нагружают, пока трещина не достигнет конца нанесенных сбоку меток.
Для значения инициации критической скорости освобождения энергии (действительно для предварительной трещины и для полного роста трещины) в стандарте ISO 15024 приводится описание трех различных критериев:
- Использование нелинейности (NL): при чисто упругой деформации половин образца кривая усилия/перемещения в процессе испытания сначала является линейным. Пара значений усилия/перемещения, при которой начинается нелинейность кривой усилия/перемещения, используется для расчета значения инициации.
- Визуально различимое распространение трещины (VIS): пара значений усилия/перемещения на кривой усилия/перемещения, при которой начинается визуально различимое распространение трещины, используется для расчета значения инициации.
- Критерий упругости (5% или Max): для этого критерия определяют пару значений усилия/перемещения, при которой упругость изначального линейного участка кривой усилия/перемещения снижается на 5%. Если раньше достигается максимальное усилие, то используется эта пара значений усилия/перемещения.
Для соответствующего значения инициации используется начальная длина трещины (от слоистой трещины или от предварительной трещины). В актуальном издании стандарта ASTM D5528 для определения значения инициации критической скорости освобождения энергии используется только критерий упругости.
Значения распространения определяют для длины трещины и соответствующих пар значений усилия/перемещения у нанесенных сбоку меток. Рост трещины отслеживается визуально на боку образца. При этом очень важно, чтобы регистрация усилия, перемещения и длины трещины осуществлялась синхронизированно.
Анализ длины трещины может проводить оператор вручную, отслеживая рост трещины с помощью лупы, или с помощью системы видеорегистрации с компьютерным управлением.
Для расчета кривой R (критическая скорость освобождения энергии, построенная в зависимости от длины трещины, включает значения инициации и распространения) в обоих стандартах используются различные методы анализа:
- ISO 15024 содержит расчеты в соответствии с Corrected Beam Theory (CBT) и в соответствии с методом Modified Compliance Calibration (MCC).
- ASTM D5528 использует метод Compliance Calibration (CC) и приводит другие методы в приложении. Сокращение до метода CC было сделано для обеспечения сопоставимости значений вязкости разрушения G2c, полученных по стандарту ASTM D7905 при нагружении в режиме II.
Оборудование для испытаний GIc по ASTM D5528 и ISO 15024
Одноколонная настольная машина zwickiLine фирмы ZwickRoell особенно подходит для проведения испытаний GIc по ASTM D5528 и ISO 15024.
Благодаря использованию моторизированной системы видеорегистрации для испытаний G1c измерения распространения трещины стали более удобными и отслеживаемыми. Для этого применяется цифровая камера, регистрирующая рост трещины вдоль образца и составляющая видеофрагмент всего испытания. На основе составленного видео можно в случае сомнений дополнительно проверить любое отдельное испытание и откорректировать измеренные значения при росте трещины.
Программное обеспечение testXpert значительно упрощает проведение и анализ испытания G1c. С одной стороны, камера связана с testXpert, так что рост трещины можно удобно отслеживать на мониторе. С другой - testXpert располагает предварительно сконфигурированными стандартными программами, содержащими все методы расчета значений инициации и распространения критической междуслойной скорости освобождения энергии в соответствии с требованиями стандарта ASTM D5528 или ISO 15024.
