Skočite na vsebino strani

Preskušanje kompozitov

Kompoziti so sestavljeni iz dveh ali več materialov, ki so povezani skupaj. Ta kombinacija materialov ima za posledico zelo posebne lastnosti materiala, kot sta togost in trdnost v določenih smereh, hkrati pa ohranja minimalno težo in odpira vrata za nova področja uporabe.

Kompozitni materiali iz vlaken najdejo nove uporabe v številnih različnih izdelkih, kar posledično povečuje pomen preskušanja kompozitov. Letala, vključno z Airbusom A380 in A350 ali Boeingom 787, so aktualni primeri s področja civilnega letalstva, v katerih se uporablja visok odstotek kompozitov iz ogljikovih vlaken. Podvozje BMW-jevih avtomobilov I3 in I8 je v celoti izdelano iz plastičnih materialov, ojačanih z ogljikovimi vlakni (CFRP), ki so tako lahki, da jih lahko prevažata dve osebi. V dirkalnih avtomobilih so vlaknati kompoziti že nekaj časa standardni material. Različne vrste kompozitov se uporabljajo tudi v lopaticah večjih vetrnih turbin. Kompoziti z enosmernimi vlakni absorbirajo centrifugalne sile, zunanje površine so izdelane iz kompozitov z večsmernimi vlakni, celotna struktura pa je zasnovana kot jedrni kompozit. Kompoziti se uporabljajo tudi v medicinski industriji, na primer v protezah, pa tudi v gradbeništvu kot večplastni materiali za mostove in v fasaderstvu.

Tema, ki je zelo zanimiva na vesoljskem področju, je shranjevanje tekočega vodika pri kriogenih temperaturah. Cilj preskusa materiala je ugotoviti značilnosti in odkriti nove vpoglede v obnašanje materiala pri zelo nizkih temperaturah.

Preskušanje kompozitov Vrste kompozitov Zahteve za preskušanje kompozitov Modularni sistem preskušanja Projekti strank Brošura o kompozitih Preskus kriogenih kompozitov

Videoposnetek: Uvod v kompozitno preskušanje

Posnetek spletnega seminarja Uvod v kompozitno preskušanje:
Izvedite več o temeljnih preskusnih metodah in preskusni opremi, ki se uporablja pri preskušanju kompozitnih materialov za zagotavljanje kakovosti in načrtovanje kompozitnih struktur:

  • Uporaba kompozitnih materialov (od 3:28)
  • Natezni preskusi in poravnava (od 15:32)
  • Tlačno preskušanje (od 20:25)
  • Strižno preskušanje (od 31:07)
  • Upogibno preskušanje (od 37:58)
  • ILSS / interlaminarna strižna trdnost (od 42:21)
  • Stroji za statično preskušanje vklj. preskusna orodja (od 45:26)
  • Merjenje raztezkov in povesa (od 49:40)

Prenesi pdf

Drugi zanimivi spletni seminarji o kompozitih

Natezno preskušanje kompozitov

Natezno preskušanje kompozitov se uporablja za določanje nateznega modula in Poissonovega količnika elastične karakteristične vrednosti, kot tudi natezne trdnosti v glavnih smereh materiala z vlakni ojačenih umetnih mas.

  • Najpogostejše preskusne metode za natezne preskuse kompozitov so ISO 527-4 in ISO 527-5, ASTM D3039 ter EN 2561 in EN 2597.
  • Airbusov tovarniški standard AITM 1-0007 vključuje preskusne zahteve za natezne preskuse na večsmernih laminatih brez zarez in natezne preskuse z zarezami za določanje natezne trdnosti z uporabo preskusnih metod nateznosti odprte luknje (OHT) in nateznosti napolnjene luknje (FHT). Preskusi napetosti odprtih in napolnjenih lukenj se izvajajo predvsem za aplikacije v vesolju, da se določijo redukcijski faktorji za večsmerne laminate pod natezno obremenitvijo odprtih ali zaprtih lukenj. Druge standardizirane preskusne metode za določanje natezne trdnosti odprte in napolnjene luknje so ASTM D5766 in ASTM D6742.
Natezno preskušanje na kompozitih
ISO 527-4, ISO 527-5
do Natezno preskušanje na kompozitih
Natezno preskušanje na kompozitih
ASTM D3039
do Natezno preskušanje na kompozitih

Tlačno preskušanje kompozitov in tlačno preskušanje z zarezo

Tlačni preskusi kompozitov se uporabljajo za določanje tlačnega modula in tlačne trdnosti v glavnih materialnih smereh plastike, ojačane z vlakni. Ker je tlačna trdnost v smeri laminatnih vlaken pogosto manjša od natezne trdnosti in so načini porušitve laminata FRP pod natezno in tlačno obremenitvijo zelo različni, ima tlačni preskus pomembno vlogo pri preskušanju kompozitov.

Za tlačne preskuse kompozitov je na voljo veliko različnih preskusnih metod in preskusnih standardov, pri čemer se razlikuje med tremi načeli uporabe obremenitve:

  • Tlačno preskušanje ob končni obremenitvi po ASTM D695, DIN EN 2850 tip B in Boeing BSS 7260 tip III in IV
  • Tlačno preskušanje s strižno obremenitvijo to ASTM D3410, ISO 14126 Metoda 1, DIN EN 2850 tip A in Airbus AITM 1-0008 vzorec tipa A
  • Tlačni preskus s kombinirano obremenitvijo po ASTM D6641, ISO 14126 Metoda 2, in Airbus AITM 1.0008 vzorec tipa A

Poleg zgoraj omenjenih preskusnih metod za določanje vrednosti tlačenja laminatov brez zareze obstajajo standardizirani tlačni preskusi z zarezo na kompozitih za določanje tlačne trdnosti odprte luknje (OHC) po ASTM D6484 in tlačne trdnosti zapolnjene luknje (FHC) po ASTM D6742.
Skupaj s tlačnimi lastnostmi laminata brez zarez je mogoče nato določiti ustrezne redukcijske faktorje za večsmerne laminate pod tlačno obremenitvijo. Zarezni tlačni preskusi so nadalje opisani v industrijskih standardih Airbus AITM 1.0008 vzorcev tipov B, D in C ter v Boeing BSS 7260 tipa I.

Končna obremenitev tlačnega preskusa na kompozitih
ASTM D695, DIN EN 2850, BSS 7260
do Končna obremenitev tlačnega preskusa na kompozitih
Tlačno preskušanje s strižno obremenitvijo
ISO 14126 Metoda 1, ASTM D3410 ali DIN EN 2850 Tip A
do Tlačno preskušanje s strižno obremenitvijo
Tlačno preskušanje s kombinirano obremenitvijo
ISO 14126 (Metoda 2), ASTM D6641, Airbus AITM 1.0008
do Tlačno preskušanje s kombinirano obremenitvijo
Tlačenje odprte luknje, tlačenje napolnjene luknje, tlačno preskušanje z zarezo
ASTM D6484, ASTM D6742, Boeing BSS 7260 tip I, AITM1-0008
do Tlačenje odprte luknje, tlačenje napolnjene luknje, tlačno preskušanje z zarezo

Kompozitni strižni preskusi

Kompozitni strižni preskusi se uporabljajo za določanje ravninskih strižnih karakteristik plastike, ojačane z vlakni, kot sta strižni modul in strižna trdnost. Za FRP materiale z različnimi karakterističnimi vrednostmi v glavnih smereh materiala je treba strižni modul vedno določiti z ločenimi strižnimi preskusi in ga ni mogoče izračunati iz drugih elastičnih karakterističnih vrednosti, kot na primer pri izotropnih materialih.

Za določanje strižnih lastnosti in strižnega obnašanja so bile vzpostavljene tri različne preskusne metode:

Za natezni preskus z ±45° laminatom (ravninski strižni preskus) se lahko uporabi ista preskusna postavitev, ki se uporablja za natezne preskuse. Za izračun strižne deformacije pa je poleg osne deformacije obvezen tudi zapis prečne deformacije.

Za Iosipescujev in V-zarezni strižni preskus tirni so potrebni vzorci z zarezami in ustrezne preskusne naprave. Tukaj je potrebna tudi dvoosna meritev deformacije. Pogosto se uporabljajo dvoosni merilniki napetosti. Druga možnost je, da se deformacija izmeri s korelacijo digitalne slike (DIC).
Strižni preskus z v-zarezo se lahko uporabi tudi za določanje vrednosti striženja zunaj ravnine, če so na voljo laminati z ustrezno debelino.

IPS preskus (strig v ravnini)
se lahko izvede in meri z nateznim ali tlačnim preskusom pri ± 45° v smeri vlaken.
do IPS preskus (strig v ravnini)
Strižni preskusi z V-zarezami
se uporabljajo za označevanje strižnih lastnosti v ravnini.
do Strižni preskusi z V-zarezami

Upogibno preskušanje kompozitov

Zaradi sorazmerno enostavne preskusne razporeditve, geometrije vzorca in postopka obdelave ter izvedbe preskusa se upogibni preskusi na kompozitih pogosto uporabljajo pri zagotavljanju kakovosti za hitre primerjave materialov. Razlikujemo med 3- in 4-točkovnimi upogibnimi preskusi. Običajne standardizirane preskusne metode za upogibne preskuse plastike, ojačane z vlakni, so:

Če je togost celotne preskusne razporeditve zadostna ali če je upogljivost v preskusni razporeditvi mogoče določiti in popraviti v programski opremi za preskušanje, je pri 3-točkovnem upogibnem preskusu pogosto dovoljena uporaba razdalje poti stroja.
Po drugi strani pa 4-točkovni upogibni preskus zahteva merjenje upogiba v središču vzorca z ustreznim sistemom za merjenje premika.

Upogibno preskušanje
ISO 14125, ASTM D7264
Upogibni preskusi na kompozitih (3- in 4-točkovni upogibni preskusi) se izvajajo za enostavno določanje pomembnih mehanskih lastnosti.
do Upogibno preskušanje
3-točkovno upogibno preskušanje plastike
ASTM D790
do 3-točkovno upogibno preskušanje plastike

Vmesna strižna trdnost (ILSS)

Preskus za določanje interlaminarne strižne trdnosti (ILSS) je eden najpogosteje izvajanih statičnih preskusov z vlakneno ojačano plastiko in se pogosto uporablja pri zagotavljanju kakovosti. Potreben je le razmeroma majhen vzorec, sam preskus je hiter in enostaven za izvedbo, za ocenjevanje pa je pomembna le največja sila, določena pri preskusu.

Uveljavljeni preskusni standardi za preskus ILSS so ISO 14130, EN 2377, EN 2563 in ASTM D2344.

Vsi štirje standardi opisujejo vzorec pravokotne oblike, vendar lahko uporabljajo različne dimenzije za dolžino, širino in debelino vzorca. ASTM D2344 dodatno opisuje ukrivljen vzorec, kot je vzorec, vzet iz tlačne posode ali stene cevi.

Preskusna naprava, ki se uporablja za preskus ILSS, mora biti sposobna izpolnjevati zelo nizke tolerance preskusne razporeditve, ki jih določajo preskusni standardi.

Vmesna strižna trdnost ILSS
ASTM D2344, ISO 14130, EN 2377, EN 2563
opisuje strižno trdnost med laminatnimi ravninami kompozitov in se določi s strižnim preskusom s kratkim žarkom.
do Vmesna strižna trdnost ILSS

Preskusi za določanje interlaminarnih stopenj sproščanja energije

Kritična hitrost sproščanja energije in hitrost sproščanja energije med enakomerno rastjo razpoke sta določeni z metodami mehanike loma, da bi razumeli obnašanje delaminacije kompozitnih laminatov. Za izdelavo vzorca je potreben laminat, v katerem je v srednji ravnini laminata ustvarjena umetna raztrganina s pomočjo zelo tanke in nelepljive plastične folije (pogosto se uporablja teflonska folija).

Najpogosteje se izvajajo preskusne metode z rastjo razpoke z natezno obremenitvijo pravokotno na površino razpoke (Mode I) in preskusne metode z rastjo razpoke s strižno obremenitvijo v prerezu laminata (Mode II). Za umerjanje numeričnih metod za izračun širjenja razpok v laminatu obstaja dodatna preskusna metoda obremenitve mešanega načina I+II:

  • Način I kot preskus dvojnega konzolnega žarka (DCB). po ISO 15024, EN 6033, ASTM D5528, Airbus AITM 1-0005 in Boeing BSS 7273
  • Način II kot preskus upogibanja z zarezami na koncu (ENF) po ASTM D7905, EN 6034, Airbus AITM 1-0006 in Boeing BSS 7273
  • Način II kot preskus umerjanja razcepa s končno obremenitvijo (C-ELS) po ISO 15114
  • Mešani način I+II kot upogibni preskus mešanega načina (MMB) po ASTM D6671
Stopnja sproščanja energije (G)
Stopnje sproščanja energije pripadajo značilnim vrednostim mehanike loma in so običajno določene v načinu I in II.
do Stopnja sproščanja energije (G)

Tlačni preskus po udarcu (CAI)

Tlačni preskus po udarcu (CAI) je preskusna metoda, ki se uporablja za določanje preostale tlačne trdnosti laminata po poškodbi zaradi udarca. Vzorec, ki ga je treba preskusiti, se predhodno poškoduje z energijami udarca, določenimi v ustreznem preskusnem standardu. Ta metoda omogoča sklepanje o odpornosti kompozitnega laminata na poškodbe, da se zagotovi varnost in zanesljivost komponent, zlasti v kompozitnih strukturah, ki so potencialno obremenjene z udarci v vesoljski industriji.

Za preskus CAI so bile določene naslednje preskusne metode: ASTM D7136 in ASTM D7137, ISO 18352, Airbus AITM 1-0010 in Boeing BSS 7260 tip II.

Tlačenje po udarcu CAI
ASTM D7136, ASTM D7137, ISO 18352, Airbus AITM 1.0010, Boeing BSS 7260 tip II
Preskus se uporablja za označevanje škode, ki se lahko zgodi na letalih ali vozilih, če jih zadenejo skale ali ptice ali če so poškodovane v nesreči.
do Tlačenje po udarcu CAI

Nosilnost in trdnost spojev

Poleg mehanskih karakteristik samih z vlakni ojačanih plastičnih laminatov se izvajajo tudi preskusi za določanje trdnosti spojev za oblikovanje in načrtovanje kompozitnih struktur.

Standardizirane preskusne metode, ki se uporabljajo v ta namen, je mogoče grobo razdeliti na tri področja:

Striženje skozi prekrivanje
ASTM D5868, EN 6060, Airbus AITM 1-0019
Strižno preskušanje se uporablja za primerjavo lepilnih vezi laminata.
do Striženje skozi prekrivanje

Preskušanje utrujanja kompozitov

Za določitev utrujanja kompozitnih laminatov in izpeljavo S-N krivulj se običajno izvajajo dinamični ciklični preskusi pod pulzirajočo natezno obremenitvijo. Veljavna standardizirana dinamična kompozitna preskusa sta ASTM D3479 in ISO 13003. ISO 13003 dodatno opisuje preskus utrujanja kompozita pod dinamično ciklično upogibno obremenitvijo.

Druge standardizirane metode dinamičnega kompozitnega preskušanja so:

  • Nateznost odprte luknje in utrujanje zaradi tlačenja odprte luknje po ASTM D7615
  • Rast interlaminarne razpoke pod obremenitvijo na utrujanje načina I po ASTM D6115
  • Utrujanje vijačnih povezav in preskusi dinamičnega odziva ležajev po ASTM D6873 in Airbus AITM 1-0074
  • Airbus AITM 1-0075 vsebuje povzetek informacij o tem, kako izvajati preskuse ILSS, ILTS, OHT & OHC, FHT & FHC, vlečenja, CAI in strižne utrujenosti.
Dinamične ciklične preskusne metode
se uporabljajo za določanje trajnosti vzorcev, strukturnih elementov in komponent.
do Dinamične ciklične preskusne metode

Modularni sistem za preskušanje kompozitov

Veliki preskusni laboratoriji z ustrezno visokimi hitrostmi pretoka uporabljajo več različnih preskusnih strojev za posamezne preskusne metode, da zmanjšajo čas in stroške, povezane z obnovo. Standardizirane preskusne metode lahko razdelimo na naslednja območja sil:

  • Sile do 1 kN: upogibni preskusi, stopnje sproščanja energije, natezni preskusi na enojnih filamentih
  • Sile do 10 kN: strižni preskusi, na primer IPS, ILSS in V-zarezo, natezni preskusi na filamentnih pramenih, UD 90° natezni preskusi, natezni preskusi v smeri debeline
  • Natezno preskušanje UD 0°, natezno preskušanje MD za manjše debeline laminata, tlačni preskusi po standardih ISO, ASTM in EN, zarezno tlačno preskušanje, tlačni preskusi ležajev
  • Sile nad 100 kN: natezni in tlačni preskusi po standardih Airbus z ustreznimi debelinami laminata, tlačenje po udarcu

Če stopnja pretočnosti ni dovolj visoka ali dosledna, da je naložba v več preskusnih strojev smiselna, je alternativna možnost opremiti en sam preskusni stroj, tako da je možno izvesti čim več preskusnih metod z najmanjšo količino ponovnega napora.

ZwickRoell je razvil modularni koncept preskusnih strojev za elektromehanske in servohidravlične preskusne stroje za reševanje teh različnih potreb. Prednost tega modularnega sistema je jasna: vsa napeljava in orodje, ekstenziometri, programska oprema, zaščitni steni in temperaturna komora so modularni in zasnovani za skupno delovanje. Dejstvo, da je vsako komponento mogoče naknadno vgraditi, prav tako naredi ta sistem pripravljen na prihodnost.

Če iščete optimalno rešitev za vsako od vaših zahtev, se obrnite na naše strokovnjake za industrijo.

Stopite v stik z našimi strokovnjaki iz industrije.

Z veseljem se bomo pogovorili o vaših potrebah.

Kontaktirajte nas

Ime Vrsta Velikost Prenesi
  • Industrijska brošura: Kompoziti PDF 7 MB
  • Predstavitev: Uvod v kompozitno preskušanje PDF 2 MB
Vrh