Ispitivanje kompozita

Ispitivanje zatezanja kompozita koristi se za određivanje modula zatezanja i karakterističnih vrednosti elastičnosti Poissonovog odnosa, kao i zatezne čvrstoće u glavnim pravcima materijala plastike ojačane vlaknima.

• Najčešće metode ispitivanja za zatezna ispitivanja kompozita su ISO 527-4 i ISO 527-5, ASTM D3039, kao i EN 2561 i EN 2597.
• Fabrički standard Erbasa AITM1-0007 obuhvata uslove ispitivanja i za zatezna ispitivanja na višesmernim laminatima bez zareza i zatezna ispitivanja sa zarezom za određivanje zatezne čvrstoće korišćenjem metoda ispitivanja zatezanja otvorenog otvora (OHT) i zatezanja popunjenog otvora (FHT). Ispitivanja zatezanja otvorenih i ispunjenih rupa se prvenstveno izvode za vazduhoplovne primene kako bi se odredili faktori redukcije za višesmerne laminate pod zateznim opterećenjem otvorenih ili zatvorenih rupa. Druge standardizovane metode ispitivanja za određivanje zatezne čvrstoće otvorenih i ispunjenih otvora su ASTM D5766 i ASTM D6742.

Kompozitno ispitivanje sabijanjem koristi se za određivanje modula kompresije i čvrstoće na pritisak u glavnim pravcima materijala plastike ojačane vlaknima. Pošto je čvrstoća na pritisak u pravcu vlakana laminata često manja od čvrstoće na zatezanje, a načini otkaza FRP laminata pod zateznim i kompresionim opterećenjem su veoma različiti, ispitivanje sabijanjem igra važnu ulogu u ispitivanju kompozita.

Širok spektar metoda ispitivanja i standarda ispitivanja dostupan je za ispitivanja sabijanjem kompozita, pri čemu se razlikuju tri principa primene opterećenja:

• Ispitivanje sabijanjem na krajnje opterećenje prema ASTM D695, DIN EN 2850 tip B i Boeing BSS 7260 tip III i IV
• Ispitivanje sabijanjem sa smicajnim opterećenjem prema ASTM D3410, ISO 14126 metod 1, DIN EN 2850 tip A i Airbus AITM1-0008 uzorku tip A
• Ispitivanje sabijanjem sa kombinovanim opterećenjem prema ASTM D6641, ISO 14126 metod 2 i Airbus AITM1-0008 uzorku tipa A

Pored gore pomenutih metoda ispitivanja za određivanje vrednosti kompresije laminata bez zareza, postoje standardizovana ispitivanjs sabijanjem sa zarezom na kompozitima za određivanje čvrstoće na pritisak otvorenog otvora (OHC) prema ASTM D6484 i čvrstoće na pritisak ispunjenog otvora (FHC) prema ASTM D6742.
Zajedno sa kompresivnim svojstvima nezareznog laminata, odgovarajući faktori redukcije mogu se odrediti za višesmerne laminate pod kompresivnim opterećenjem. Ispitivanja sabijanjem sa zarezima su dalje opisana u industrijskim standardima Airbus AITM1-0008 uzorci tipova B, D i C, kao i u Boeing BSS 7260 tip I.

Kompozitna ispitivanja smicanja koriste se za određivanje karakteristika smicanja u ravni plastike ojačane vlaknima, kao što su modul smicanja i čvrstoća na smicanje. Za FRP materijale sa različitim karakterističnim vrednostima u glavnim pravcima materijala, modul smicanja mora se uvek odrediti korišćenjem odvojenih ispitivanja smicanja i ne može se izračunati iz drugih elastičnih karakterističnih vrednosti, kao što je slučaj, na primer, kod izotropnih materijala.

Za određivanje karakteristika smicanja i ponašanja pri smicanju utvrđene su tri različite metode ispitivanja:

• Ispitivanje zatezanja sa laminatom od ±45° prema ISO 14129, ASTM D3518 i Airbus AITM1-0002
• Ispitivanje smicanja V-zarezne grede (Iosipescu) prema ASTM D5379
• Ispitivanje smicanja šine sa V-zarezom prema ASTM D7078

Za ispitivanje zatezanja sa laminatom od ±45° (ispitivanje smicanja u ravni), može se koristiti isti raspored ispitivanja koji se koristi za ispitivanja zatezanja. Međutim, snimanje poprečnog naprezanja, pored aksijalnog naprezanja, obavezno je za izračunavanje naprezanja smicanja.

Za Iosipescu i ispitivanje smicanja šine sa V-zarezom potrebni su uzorci sa zarezima i odgovarajući ispitni pribori. Ovde je takođe potrebno merenje dvoosnog naprezanja. Često se koriste dvoosni merni instrumenti za naprezanje. Alternativno, naprezanje se može meriti korišćenjem digitalne korelacije slike (DIC).
Ispitivanje smicanja sa V-zarezima može se koristiti i za određivanje vrednosti smicanja van ravni, ako su laminati dostupni sa odgovarajućom debljinom.

Zbog relativno jednostavnog rasporeda ispitivanja, geometrije uzorka i procesa obrade, kao i performansi ispitivanja, ispitivanja savijanja kompozitnih materijala se često koriste u kontroli kvaliteta za brza poređenja materijala. Pravi se razlika između ispitivanja savijanja u 3 i 4 tačke. Uobičajene standardizovane metode ispitivanja savijanja plastike ojačane vlaknima su:

• Ispitivanje savijanja u 3 i 4 tačke prema ISO 14125 i ASTM D7264
• Ispitivanje savijanja u 3 tačke prema EN 2562, EN 2746 i ASTM D790
• Ispitivanje savijanja u 4 tačke prema ASTM D6272

Ako je krutost celog ispitnog sistema dovoljna ili ako se savitljivost u ispitnom sistemu može utvrditi i ispraviti u softveru za ispitivanje, korišćenje dužine pomeranja mašine je često dozvoljeno u ispitivanju savijanja u 3 tačke.
S druge strane, ispitivanje savijanja u 4 tačke zahteva merenje otklona u centru uzorka korišćenjem odgovarajućih sistema za merenje pomeranja.

Ispitivanje za određivanje međuslojne čvrstoće na smicanje (ILSS) je jedan od najčešće izvođenih statičkih ispitivanja za plastiku ojačanu vlaknima i često se koristi u osiguranju kvaliteta. Potreban je samo prilično mali uzorak, samo ispitivanje je brzo i jednostavno za izvođenje, a samo je maksimalna sila određena u ispitivanju relevantna za potrebe procene.

Utvrđeni standardi ispitivanja za ILSS ispitivanje su ISO 14130, EN 2377, EN 2563 i ASTM D2344.

Sva četiri standarda opisuju uzorak pravougaonog oblika, međutim, mogu koristiti različite dimenzije za dužinu, širinu i debljinu uzorka. ASTM D2344 dodatno opisuje zakrivljeni uzorak, kao što je onaj uzet iz posude pod pritiskom ili zida cevi.

Ispitni uređaj koji se koristi za ILSS ispitivanje mora biti u stanju da ispuni veoma niske tolerancije za ispitni raspored koje su propisane standardima ispitivanja.

Kritična brzina oslobađanja energije i brzina oslobađanja energije tokom stalnog rasta pukotine određene su korišćenjem metoda ispitivanja mehanike loma kako bi se razumelo ponašanje kompozitnih laminata pri delaminaciji. Za izradu uzorka potreban je laminat u kome se veštački pukotina stvara u srednjoj ravni laminata pomoću veoma tanke i nelepljive plastične folije (često se koristi teflonska folija).

Najčešće se primenjuju metode ispitivanja sa rastom prsline zateznim opterećenjem normalno na površinu prsline (Način I) i metode ispitivanja sa rastom prsline smicajnim opterećenjem u poprečnom preseku laminata (Način II). Za kalibraciju numeričkih metoda za proračun širenja pukotina u laminatu, postoji dodatna metoda ispitivanja mešovitog režima I+II opterećenja:

• Režim I kao ispitivanje dvostruke konzolne grede (DCB) prema ISO 15024, EN 6033, ASTM D5528, Airbus AITM1-0005 i Boeing BSS 7273
• Režim II kao ispitivanje savijanja sa zarezom na krajnjim delovima (ENF) prema ASTM D7905, EN 6034, Airbus AITM1-0006 i Boeing BSS 7273
• Režim II kao kalibrisano ispitivanje podeljenog opterećenja na kraju (C-ELS) prema ISO 15114
• Mešoviti režim I+II kao ispitivanje savijanja u mešovitom režimu (MMB) prema ASTM D6671

Ispitivanje sabijanjem nakon udara (CAI) je metoda ispitivanja koja se koristi za određivanje preostale čvrstoće na pritisak laminata nakon oštećenja od udara. Uzorak koji se ispituje je prethodno oštećen energijama udara navedenim u odgovarajućem standardu za ispitivanje. Ova metoda omogućava izvođenje zaključaka o toleranciji na oštećenja kompozitnog laminata kako bi se osigurala bezbednost i pouzdanost komponenti, posebno u potencijalno udarno opterećenim kompozitnim strukturama u vazduhoplovnoj industriji.

Za CAI ispitivanje su utvrđene sledeće metode ispitivanja: ASTM D7136 i ASTM D7137, ISO 18352, Airbus AITM1-0010 i Boeing BSS 7260 tip II.

Pored mehaničkih karakterističnih vrednosti samih laminata od plastike ojačane vlaknima, ispitivanja se takođe sprovode kako bi se odredila čvrstoća spojeva za potrebe rasporeda i projektovanja kompozitnih struktura.

Standardizovane metode ispitivanja koje se koriste u ovu svrhu mogu se grubo podeliti u tri oblasti:

• Čvrstoća lepljenja lepkova (ispitivanje smicanja preklapanja) prema ASTM D5868, EN 6060 i Airbus AITM1-0019
• Čvrstoća vijčanih ili klinastih spojeva i ispitivanja odziva ležaja sa opterećenjem u ravni laminata prema ASTM D5961, ASTM D7248, EN 6037, ISO 12815, Airbus AITM1-0009, AITM1-0065 i AITM1-0067
• Otpornost na provlačenje pričvršćivača pri opterećenju normalnom na ravan laminata prema ASTM D7332 i Airbus AITM1-0066

Da bi se odredilo ponašanje kompozitnih laminata pri zamoru i izvele S-N krive, obično se izvode dinamičko ciklično ispitivanje pod pulsirajućim zateznim opterećenjem. Primenljiva standardizovana dinamička kompozitna ispitivanja uključuju ASTM D3479 i ISO 13003. ISO 13003 dodatno opisuje ispitivanje zamora kompozitnog materijala pod dinamičkim cikličnim savijajućim opterećenjem.

Druge standardizovane metode dinamičkog kompozitnog ispitivanja su:

• Zamor materijala pri zatezanju i sabijanju u otvorenom otvoru prema ASTM D7615
• Rast međuslojnih pukotina pod opterećenjem zamora u režimu I prema ASTM D6115
• Ispitivanja zamora vijčanih spojeva i dinamičkog odgovora ležajeva prema ASTM D6873 i Airbus AITM1-0074
• Airbus AITM1-0075 sadrži sažete informacije o tome kako se izvode ispitivanja zamora ILSS, ILTS, OHT & OHC, FHT & FHC, pull-through, CAI i preklopnog smicanja.