ASTM D790, испытания пластмасс на 3-точечный изгиб
Испытание на 3-точечный изгиб по ASTM D790 относится к важнейшим методикам для определения модуля изгиба, прочности при изгибе и напряжения изгиба у пластмасс, волокнистых композитов и изоляционных материалов.
Однако на практике часто возникают погрешности измерения. Благодаря согласованной испытательной технологии фирмы ZwickRoell, нормативным испытательным процессам и автоматизированной регистрации данных эти негативные факторы можно значительно снизить.
Основные источники ошибок Проведение испытания и оборудование Часто задаваемые вопросы Загрузки Запросить консультацию
ASTM D790: самое важное в краткой форме
- Стандарт ASTM D790 содержит описание испытания на 3-точечный изгиб для определения свойств изгиба неармированных и армированных пластмасс, высокомодульных волокнистых композитов и изоляционных материалов. Типовые результаты испытаний по ASTM D790: модуль изгиба, напряжение и деформация в точке текучести, прочность при изгибе и деформация разрушения при изгибе. Испытания проводят для полужестких и жестких пластмасс, но только до максимальной деформации при изгибе в 5%.
- Наиболее распространенные причины отклонений в результатах испытаний часто кроются не в самой испытательной машине, а в измерении образцов, соотношении расстояния между опорами и толщины образца, выравнивании испытательной конструкции и выборе скорости испытания.
- Даже погрешность измерения в 0,1 мм при толщине образца 3,2 мм может привести к отклонению рассчитанного напряжения изгиба более чем в 5 %.
- Стандарт ASTM D790 разрешает различные методы измерения прогиба. Их точность имеет прямое влияние на определение модуля.
- Регулируемые гибочные приспособления, прецизионные датчики перемещения и автоматизированные испытательные процессы помогают снизить влияние человеческого фактора и разброс параметров.
- Программное обеспечение testXpert обеспечивает корректную настройку параметров, автоматический расчет скорости и центральный анализ данных испытания.
ASTM D790 на практике: основные источники ошибок и влияние на результаты испытаний
Испытание на 3-точечный изгиб по ASTM D790 выглядит простым в проведении, однако на практике из-за множества влияющих факторов возникают повышенные разбросы, ошибочные значения модуля или несопоставимые результаты:
- Измерение образца: Поскольку толщина образца учитывается квадратично при расчете напряжения изгиба в стандарте ASTM D790, даже небольшие отклонения в измерениях оказывают непропорционально большое влияние на результат. Даже погрешность измерения в 0,1 мм при толщине образца 3,2 мм может привести к искажению рассчитанного напряжения изгиба более чем на 5 %, что, в свою очередь, влияет на прочность при изгибе и значения модуля.
- Соотношение толщины и расстояния между опорами: Несоблюдение нормативного соотношения между расстоянием между опорами и толщиной образца может привести к росту напряжений сдвига, трещинам и искажению значений модуля. Это особенно актуально для волокнистых композитов с малой прочностью при сдвиге.
- Выравнивание гибочного приспособления: Угловые погрешности между опорами или между опорами и гибочным пуансоном приводят в начале испытания к точечному контакту вместо линейного. В результате образец сначала подвергается торсионной деформации, что проявляется в виде „основания кривой“ на диаграмме напряжения/деформации и может влиять, в частности, на модуль секущей и модуль хорды.
- Измерение прогиба: Если не корректировать упругость испытательной конструкции, в результат будут включены деформации машины. Фактическая деформация материала будет меньше, модули изгиба искажены, и будет отсутствовать сопоставимость различных испытательных систем.
- Скорость испытания: Скорость деформации, указанная в стандарте ASTM D790, не должна напрямую приравниваться к скорости перемещения траверсы, а должна рассчитываться исходя из толщины образца, расстояния между опорами и метода A или B. Ошибка при этом пересчете может искажать значения модуля, точку текучести, напряжение изгиба и сходимость результатов.
- Границы нормативной модели расчета: Формулы стандарта ASTM D790 действительны только для малых прогибов. При значительных деформациях геометрические нелинейности могут искажать расчеты напряжений и деформаций. Поэтому стандарт ASTM D790 ограничивает метод B максимальным значением 5% деформации изгиба.
Желаете увеличить воспроизводимость испытаний по ASTM D790 или устранить неясности, связанные с испытательной конструкцией, испытательной технологией или интерпретацией стандарта?
Ваш местный эксперт фирмы ZwickRoell поможет Вам выбрать решение, подходящее для материала, задачи испытания и объема испытаний.
Проведение испытания на 3-точечный изгиб по ASTM D790 на оборудовании фирмы ZwickRoell
Критические этапы испытания и решение фирмы ZwickRoell:
Стандарт ASTM D790 используется везде, где необходимо надежно оценивать и сравнивать свойства пластмасс ии волокнистых композитов при изгибе - от разработки материалов и контроля качества в серийном производстве до квалификационных испытаний материалов, созданных методом литья под давлением, или оценки старения и изменений в процессе производства. Именно потому, что результаты сравниваются в столь разных условиях, на важнейших этапах испытания необходимо подходящее оборудование. Фирма ZwickRoell помогает избегать типичные источники ошибок с самого начала:
Выбор нагружающей рамы Измерение образца Выравнивание испытательной конструкции Измерение прогиба Определение скорости испытания Опции автоматизации Программное обеспечение testXpert
Так проводят испытание по ASTM D790
При 3-точечном испытании на изгиб по ASTM D790 квадратный образец размещают на двух опорах и нагружают с помощью расположенного по центру гибочного пуансона в испытательной машине с регламентированной скоростью испытания. Во время испытания прикладываемое пуансоном усилие и прогиб образца под пуансоном измеряются и непрерывно регистрируются. Из измеренных значений, а также размеров образца и расстояния между опорами можно определять модуль изгиба, прочность при изгибе, напряжение изгиба и деформацию изгиба.
В зависимости от материала, испытание проводится по методу A или B с различной скоростью деформации. Испытание завершается при разрушении образца или самое позднее при деформации изгиба 5 %. Для получения достоверных результатов необходимо, чтобы геометрия образца, соотношение опор, скорость испытания и измерение прогиба были согласованы друг с другом.
Выбор нагружающей рамы
Для проведения испытания на 3-точечный изгиб по ASTM D790 можно использовать универсальные испытательные машины zwickiLine, ProLine и AllroundLine. Для чистых испытаний пластмасс на изгиб, как правило, достаточно машины zwickiLine. Однако при выборе испытательной машины роль играет не только максимальное усилие испытания. На практике часто возникает необходимость проводить различные испытания пластмасс (например, на растяжение и изгиб) на единой платформе. Кроме того, на выбор системы влияют желаемый уровень автоматизации и используемый или доступный экстензометр. Стандарт ASTM D790 требует точности силоизмерения в ±1 % измеренного значения. Благодаря высокой точности измерений модульных универсальных испытательных машин фирмы ZwickRoell, достигаемой уже с 1/1000 диапазона измерения, можно использовать, например, машину ProLine на 10 кН или AllroundLine с подходящим датчиком силы для испытаний на растяжение и изгиб.
Точная регистрация размеров образцов
Поскольку толщина образца имеет непосредственное влияние на рассчитанные характеристики, ее точное измерение относится к важнейшим этапам испытания. Прямое считывание измеренных значений из микрометров или штангенциркулей в testXpert снижает ошибки передачи и улучшает отслеживаемость результатов.
Точное выравнивание испытательной конструкции
Гибочное приспособление фирмы ZwickRoell оснащено регулируемыми и юстируемыми опорами с продуманными шаблонами расстояния и вспомогательными компонентами для точной центровки образцов. Это позволяет снижать угловые погрешности и избегать типичных искажений при определении модуля. Особенно при анализе модуля это способствует получению воспроизводимых результатов.
Подходящее измерение прогиба
По стандарту ASTM D790 измерение прогиба можно выполнять в центре между опорами либо по положению траверсы (тип I), либо напрямую с помощью отдельной системы измерения перемещения (тип II), что представляет собой самую точную форму измерения и является необходимым для сопоставимости результатов между лабораториями. Измерение перемещения траверсы в значительной степени применяется для простых задач контроля качества.
- Для измерения прогиба по положению траверсы (тип I) в программном обеспечении testXpert доступна автоматическая корректировка собственной деформации испытательного оборудования, при которой фактическая кривая деформации испытательной конструкции определяется и сохраняется в программе.
- Благодаря модульной структуре наших испытательных систем фирма ZwickRoell располагает различными опциями датчика перемещения типа II, соответствующими этим требованиям и допускающими их комбинирование с другими методами испытаний: установленные непосредственно между опорами на образце механические датчики перемещения для испытаний на сжатие и изгиб или экстензометры Clip-On, датчики со щупами makroXtens, multiXtens или оптические системы videoXtens, которые также можно использовать для испытаний на растяжение.
Автоматический расчет скорости испытания
В зависимости от выбранного метода испытаний A или B и заданной скорости деформации, программное обеспечение testXpert автоматически рассчитывает соответствующую стандарту скорость испытаний и пошагово направляет пользователя в процессе испытаний, включая согласованное определение параметров при переключении между методами A и B.
Автоматизация испытаний по ASTM D790
Особенно при больших количествах образцов ручные этапы работы зачастую вызывают разброс результатов. Автоматизированные испытательные системы снижают влияние человеческого фактора, стандартизируют процессы испытания и увеличивают воспроизводимость. Одновременно они освобождают персонал лаборатории от рутинных действий. Лаборанты могут выполнять более сложные задачи (интерпретация данных, анализы, оценка новых материалов или исследования).
Что касается испытаний на изгиб по ASTM D790, автоматизированное решение может быть рациональным, начиная уже с 10 образцов в день. Наша испытательная система ALEX автоматизирует простые задачи по подбору и размещению, обеспечивая экономичную поддержку в испытательной лаборатории. Для больших объемов образцов и расширенных требований альтернативой являются системы roboTest N, roboTest L и roboTest R фирмы ZwickRoell.
Возможна комбинация различных испытаний (например, на растяжение по ASTM D638 и на изгиб по ASTM D790) в одной системе благодаря простому переоборудованию или установке нескольких приспособлений.
Сравнение наших автоматизированных систем для испытаний пластмасс Запросить консультацию
Желаете автоматизировать испытания по ASTM D790?
Ваш местный эксперт фирмы ZwickRoell поможет подобрать оптимальный уровень автоматизации для Ваших испытаний.
Запросите консультацию прямо сейчас
ASTM D790: эффективно и воспроизводимо с помощью программного обеспечения testXpert
Программное обеспечение testXpert поддерживает нормативное проведение испытаний по стандарту ASTM D790, используя стандартизированные шаблоны и пошаговые рабочие процессы, снижает количество ошибок оператора и ускоряет испытательные процессы (до 30%):
Важные функции:
- Нормативные процессы испытания с четкими инструкциями для пользователя: Стандартная программа испытаний в testXpert содержит все ключевых характеристики по ASTM D790 и пошагово проводит пользователя по испытанию. Благодаря функции Управление пользователями отображаются только необходимые этапы испытания для уменьшения количества ошибок оператора и стандартизации процессов.
- Непосредственная передача размеров образцов с измерительных приборов экономит время и снижает количество ошибок.
- Центральное сохранение данных и анализ: С помощью функции testXpert Analytics все данные испытаний – даже выходящие за рамки стандарта ASTM D790 - можно централизованно анализировать и обзорно сравнивать характеристики из различных серий испытаний.
- Привязка ERP и QS: стандартные интерфейсы обеспечивают быструю и корректную передачу данных испытания и результатов между ПО testXpert и Вашими системами.
- Функция Trend Analysis распознает долгосрочные отклонения с помощью простого длительного анализа
К программному обеспечению testXpert
Часто задаваемые вопросы по теме испытаний на 3-точечный изгиб по ASTM D790
Испытание на 3-точечный изгиб по ASTM D790 представляет собой классический стандартизированный метод определения характеристик жестких и полужестких пластмасс. Полученные при этом изгибные характеристики имеют большое значение для конструкторов, инженеров и производителей материалов, чтобы убедиться, что используемая пластмасса соответствует требованиям предполагаемой области применения.
Типовые результаты испытаний по ASTM D790:
- Модуль изгиба: модуль изгиба - это мера жесткости материала, он показывает, насколько хорошо материал может выдерживать изгибающие нагрузки. ASTM D790 предлагает три метода расчета модуля изгиба, выдающие разные результаты:
- Модуль касательной (модуль упругости)
Касательная, созданная в точке максимального наклона в диаграмме напряжения/деформации - Модуль секущей
Наклон между началом координат и регламентированной точкой в диаграмме напряжения/деформации - Модуль хорды (Chord modulus)
Наклон между двумя регламентированными точками в диаграмме напряжения/деформации
- Модуль касательной (модуль упругости)
- Прочность при изгибе: Прочность при изгибе указывает максимальную нагрузку, которую материал может выдержать при изгибе, прежде чем разрушится.
- Напряжение изгиба при регламентированной деформации изгиба
- Напряжение изгиба и деформация изгиба в точке текучести и при разрушении образца
Гибочное приспособление фирмы ZwickRoell позволяет проводить испытания с максимальным усилием до 20 кН при максимальном прогибе 36 мм. С помощью шаблона можно нормативно настраивать расстояние между опорами и ограничители образца как для стандарта ISO 178, так и для ASTM D790. Для опор можно регулировать расстояние и угол наклона, их можно прецизионно центрировать и выравнивать относительно друг друга или гибочного пуансона. Ограничители образца можно также располагать с помощью шаблона. Это облегчает точное и воспроизводимое позиционирование образца.
Центральное различие между методом A и методом B по ASTM D790 заключается в скорости деформации или скорости испытания, т.е. от того, как быстро сгибается образец.
- Метод A работает с низкой скоростью деформации, он является стандартным для большинства пластмасс.
- Метод B работает при более высокой скорости деформации и используется в тех случаях, когда метод A занимает слишком много времени для определенных материалов или когда невозможно получить рациональное значение разрушения/предела в заданных условиях испытания.
Методы испытаний по ASTM D790 и их влияние на скорость испытания:
- Для материалов, которые разрушаются при небольших прогибах, предпочтительно использовать метод A со скоростью деформации 0,01 мин-1.
- Материалы, которые не разрушаются и не достигают предела текучести при деформации до 5%, испытывают по методу B с десятикратной скоростью деформации в 0,1 мин-1.
Для оператора эта информация означает, что настраиваемую на машине скорость испытания следует рассчитывать на основе толщины образца и расстояния между опорами или соотношения расстояния между опорами и толщины образца. Эту функцию можно удобно сохранить в программном обеспечении testXpert для автоматизации процесса расчета.
Для стандартных образцов с размерами 3,2 x 12,7 x 127 мм и соотношением толщины и расстоянием между опорами 16 скорость испытания по ASTM D790 составляет:
- Метод A: 1,4 мм/мин
- Метод B: 13,7 мм/мин
Результаты испытаний пластмасс на изгиб по ISO 178 и ASTM D790 обычно близки по величине, но сравнивать их напрямую не следует. Причины: разные скорости деформации в процессе испытания, разные методы расчета значения модуля и различия способов изготовления образцов.
- Модуль изгиба описывает жесткость материала по отношению к изгибающим нагрузкам.
- Прочность при изгибе обозначает максимальное нагружение, которое материал может выдержать при изгибе, прежде чем разрушится.
Напряжение изгиба по ASTM D790 и ISO 178 рассчитывается как напряжение краевых волокон образца в центре между опорами. Указанная в стандарте формула расчета основана на идеальном нагружении. Угловые погрешности или силы трения на опорах, возникающие при увеличении прогиба образца в процессе испытания, не учитываются. Расчет достаточно точен только для малых углов изгиба.
Для испытаний пластмасс по ASTM D790 образцы изготавливают методом литья под давлением или извлекают из листов, плит или фасонных изделий путем механической обработки.
- Для испытаний пластиковых формовочных масс по ASTM D790 обычно используют образцы с поперечным сечением 3,2 мм x 12,7 мм и длиной 127 мм. При регламентированном соотношении толщины и расстояния между опорами 16 расстояние между опорами составляет 51 мм. Кроме того, в стандарте регламентирован ряд других требований для образцов толщиной более 3,2 мм и менее 1,6 мм.
- Для испытаний ламинированных термореактивных пластмасс, а также плит для электрической изоляции образцы по возможности должны обладать толщиной 25,4 мм или 12,7 мм. Если прочность при сдвиге очень мала по сравнению с прочностью при растяжении, то во избежание разрушения при сдвиге соотношение толщины и расстояния между опорами следует увеличить до 32 или даже 40.
- Испытания высокопрочных волокнистых композитов проводят в соответствии с соотношением прочности при растяжении и прочности при сдвиге с соотношением толщины и расстояния между опорами 16, 32 или 40. У сильно анизотропных материалов для корректного определения модуля может даже потребоваться соотношение 60.
Снятие размеров образца при испытании на изгиб требует особенной тщательности. Т.к. толщина образца в квадрате входит в расчет напряжения изгиба, то погрешность измерения также квадратна. Погрешность измерения всего в 0,1 мм при номинальной высоте образца 3,2 мм уже создает ошибку результата "напряжение изгиба" более чем в 5%. По этой причине толщину образца измеряют микрометром, соответствующим требованиям стандарта ASTM D5947.
Угловые погрешности между опорами или между опорами и гибочным пуансоном вызывают точечный контакт между образцом и приспособлением в начале испытания. С ростом нагрузки образец деформируется на кручение, чтобы достичь линейного прилегания. Эти начальные деформации проявляются в диаграмме напряжения/деформации как так называемое основание кривой, т.е. в виде растущего наклона в начальной области. Это может значительно повлиять на значения модуля секущей и модуля хорды, в то время как модуль касательной по ASTM D790 не чувствителен к этому эффекту.
На опорных поверхностях и в зоне контакта с гибочным пуансоном (или пуансонами) происходит продавливание, которое зависит от твердости материала, величины прикладываемого усилия и радиуса пуансона и опор. Если прогиб измеряется на основе перемещения гибочного пуансона относительно опор, то это продавливание увеличивает измеренный прогиб, и его, как правило, нельзя компенсировать посредством корректировки жесткости. Продавливание гибочным пуансоном компенсирует применение установленного по центру датчика перемещения.
Загрузки по теме ASTM D790
- Информация о продукте: приспособления для испытаний на 3-точечный изгиб PDF 246 KB
- Отраслевая брошюра: Пластмассы и резина PDF 9 MB
- Информация о продукте: zwickiLine до Fmax 5 кН PDF 820 KB
- Информация о продукте: ProLine, Fmax 5-100 кН PDF 1 MB
- Информация о продукте: AllroundLine, Fmax 5-100 кН PDF 1 MB
- Информация о продукте: videoXtens 2-150 HP PDF 1 MB
- Информация о продукте: экстензометр multiXtens II HP PDF 1 MB
- Информация о продукте: экстензометр makroXtens PDF 637 KB
- Информация о продукте: датчик перемещения для испытаний на сжатие и изгиб PDF 1 MB
- Информация о продукте: экстензометр Clip-on PDF 525 KB
