ASTM D3039 Ispitivanje zatezanja kompozita
Zatezno ispitivanje prema ASTM D3039 / ASTM D3039M koristi se za određivanje vrednosti modula zatezanja i elastičnih karakteristika Poissonovog odnosa, kao i zatezne čvrstoće kompozitnih materijala. Ovo uključuje kontinuirane vlaknima ojačane jednosmerne (UD) i višesmerne (MD) kompozitne laminate, gde MD laminati mogu da se sastoje od jednoslojnih UD laminata, tkanih materijala ili drugih arhitektura tekstilnih vlakana. Takođe se mogu ispitivati i vlaknima ojačani plastični kompoziti (FRP) sa diskontinuiranim i nasumično raspoređenim armaturnim vlaknima (npr. smesa za oblikovanje limova - SMC).
Takođe, uobičajeno korišćeni standardi za ispitivanje zatezanja dugih ili kontinuiranih plastika ojačanih vlaknima su ISO 527-4 (uslovi ispitivanja za izotropne i anizotropne plastike ojačane vlaknima) i ISO 527-5 (uslovi ispitivanja za jednosmerne plastike ojačane vlaknima).
Objektivne i karakteristične vrednosti Pokretanje ispitivanja i ispitna oprema Uslovi ispitivanja Uzorci i dimenzije Dodatne informacije Često postavljana pitanja Preuzimanja
Cilj ispitivanja i određene karakteristične vrednosti prema ASTM D3039
Zatezna ispitivanja kompozita prema ASTM D3039 se sprovode radi određivanja zateznih svojstava u procesu razvoja i kvalifikacije materijala, za određivanje karakterističnih vrednosti koje se koriste za raspored i projektovanje kompozitnih struktura, kao i u obezbeđivanju kvaliteta.
Bez obzira na vrstu vlaknaste armature, sledeći karakteristični rezultati i karakteristične vrednosti su određeni u ASTM D3039:
- Zatezni napon: sila vezana za početni poprečni presek uzorka
- Aksijalno naprezanje: promena dužine mernog pribora u odnosu na početnu dužinu mernog pribora u smeru opterećenja
- Poprečno naprezanje: promena dužine merila u odnosu na početnu dužinu merila u poprečnom smeru (neophodno samo za određivanje Poissonovog odnosa)
- Modul zatezanja: nagib krive naprezanja i deformacije u određenom intervalu deformacije u elastičnom opsegu. Takođe se naziva modul elastičnosti ili Youngov modul
- Zatezna čvrstoća: maksimalna vrednost zateznog naprezanja određena u ispitu zatezanja
- Deformacija pri lomu: aksijalno naprezanje kada se dostigne zatezna čvrstoća
- Poissonov odnos: negativan odnos poprečne i aksijalne deformacije
Za kompozite ojačane vlaknima sa bilinearnim ponašanjem napona i deformacije, može se odrediti dodatna karakteristična vrednost:
- Prelazna deformacija: srednja vrednost aksijalne deformacije u prelaznom području. Obično se određuje iz krive aksijalnog naprezanja i deformacije.
I standardi ASTM D3039 i ISO 527-4/ISO 527-5 definišu uslove ispitivanja za ispitivanje zatezanja kompozita. Uprkos sličnostima u metodama ispitivanja, određene karakteristične vrednosti nisu u potpunosti uporedive, jer se oblici i dimenzije uzoraka, kao i određivanje karakterističnih vrednosti, razlikuju u nekim aspektima (npr. interval deformacije za modul zatezanja i prelaznu deformaciju pomenutu gore).
Radi pojednostavljenja izvođenja ispitivanja, mogu se koristiti programi za ispitivanje testXpert koji su unapred konfigurisani sa svim podešavanjima u skladu sa zahtevima standarda ASTM D3039.
Čeljusti i pričvršćivač za poravnanje za pouzdane rezultate ispitivanja prema ASTM D3039
Da bi se izvršilo ispitivanje zatezanja prema ASTM D3039, odgovarajući uzorak za zatezanje se hvata u čeljustima mašine za statičko ispitivanje. Preporučuje se redovna provera ispravnog poravnanja čeljusti u skladu sa ASTM E1012. Za akreditovane laboratorije za ispitivanje Nadcap-a u vazduhoplovnoj industriji, verifikacija poravnanja je obavezna.
Mehaničke čeljusti body-over-wedge ili hidraulične čeljusti body-over-wedge su idealno prilagođene za ovaj zahtev. Ako nije potreban dokaz o poravnanju, mogu se koristiti i uslovno poravnati klinasto vijčane čeljusti.
Modularni sistem za ispitivanje kompozita
Veće laboratorije za ispitivanje sa odgovarajuće velikim obimom ispitivanja koriste različite mašine za ispitivanje za veoma različite metode ispitivanja kompozitnih materijala i time mogu minimizirati napore konverzije. Pojedinačne mašine za ispitivanje mogu se podesiti prema rasponu sile potrebnom za različite vrste ispitivanja. Ako brzine propusnosti nisu dovoljno visoke ili konzistentne da bi ulaganje u više mašina za ispitivanje imalo smisla, alternativna opcija je opremanje jedne mašine za ispitivanje tako da možete da izvršite što više metoda ispitivanja uz najmanji napor konverzije mašine.
Kompanija ZwickRoell je razvila modularni dizajn, koji je dostupan kao mašina za ispitivanje od 100 kN ili 250 kN, pokrivajući 21 metodu ispitivanja i približno 120 standarda ispitivanja (ISO, EN, ASTM, kao i Airbus AITM i Boeing BSS), i koji omogućava sveobuhvatnu karakterizaciju kompozitnih materijala ojačanih vlaknima na sobnoj temperaturi ili za ispitivanja na niskim ili visokim temperaturama u rasponu od -80 °C do +360 °C.
testXpert softver za ispitivanje: garantovano pouzdano ispitivanje prema ASTM 3039
Efikasno ispitivanje i pouzdani rezultati ispitivanja prema ASTM D3039 lako se postižu pomoću našeg softvera za ispitivanje testXpert:
- Uštedite vreme potrebno za rad sa standardima: naš standardni program ispitivanja ispunjava standarde ASTM D3039, garantovano. Sve potrebne karakteristične vrednosti i parametri navedeni u ASTM D3039 su već unapred konfigurisani u programu za ispitivanje.
- Povezivanje perifernih uređaja dodatno povećava vaš nivo efikasnosti: dimenzije uzorka se šalju direktno sa mikrometra u softver za ispitivanje, što vam štedi vreme i sprečava greške pri unosu.
- Temperaturna komora je takođe praktično integrisana u softver za ispitivanje: proveravajte i kontrolišite temperaturu u komori, podešavajte temperaturne rampe i vidite vrednosti koje su retrospektivno održavane, sa mogućnošću praćenja.
Mašine za ispitivanje zatezanja za ASTM 3039
Za ispitivanja zatezanja prema ASTM D3039 sa standardnim uzorcima i za mnoge druge standardizovane metode ispitivanja plastike ojačane vlaknima, često je dovoljna upotreba mašine za ispitivanje od 100 kN. Sa konfiguracijom mašine od 100 kN prikazanom sa desne strane, upotreba mehaničkih čeljusti body-over-wedge grips olakšava prelazak između različitih rasporeda ispitivanja i ispitnih pričvršćivača. Pošto se čeljusti lako uklanjaju, cela radna površina mašine za ispitivanje može se koristiti i za nestandardna ispitivanja. Noge za potporu omogućavaju individualno i ergonomsko podešavanje visine radne površine.
Ako se ispitivanje vrši isključivo na plastikama ojačanim staklenim vlaknima (GFRP), obično je dovoljna statička mašina sa maksimalnom silom od 50 kN.
Ekstenziometri za merenje naprezanja prema ASTM D3039
Za pravilno određivanje vrednosti elastičnih karakteristika i deformacije pri lomu, potrebno je direktno izmeriti deformaciju na uzorku. Da bi se odredio Youngov modul elastičnosti i prelomna deformacija, dovoljno je merenje aksijalne deformacije. Da bi se dodatno odredio Poissonov odnos, potreban je dvoosni sistem za merenje deformacije, koji vam takođe omogućava merenje poprečnog naprezanja. Za merenje deformacije možete koristiti merne uređaje, sisteme za merenje sa hvataljkama kao što su clip-on ekstenziometri (ograničenje: ne do loma uzorka) ili automatski ekstenziometri sa hvataljkama (makroXtens, multiXtens), kao i beskontaktne optičke sisteme (videoXtens).
ASTM D3039 uslovi ispitivanja
Brzina ispitivanja
ASTM D3039 navodi dve opcije za podešavanje brzine ispitivanja.
Jedan je podešavanjem konstantne brzine deformacije od 0,01 min-1 (nominalna vrednost). Alternativno, ispitivanje se može izvesti konstantnom brzinom od 2 mm/min (nominalna vrednost).
- Neuspeh validnog uzorka
Za dokumentovanje loma uzorka, ASTM D3039 pruža troslovni kod koji jedinstveno definiše način loma i položaj duž stegnutog uzorka. Kvar se smatra nevažećim kada se lom dogodi u umetcima, u prelaznom području ili na rastojanju jednakom jednoj širini uzorka od umetaka. Međutim, direktno ispitivanje zatezanja pod uglom od 0° UD često pokazuje eksplozivni lom visoke energije pri kome se cela slobodna (nezahvaćena) površina uzorka raspada. Ovaj kvar se stoga obično klasifikuje kao validan kvar.
Temperaturni opseg
Pošto mehanička svojstva plastike ojačane vlaknima mogu u velikoj meri zavisiti od temperature, pored ispitivanja zatezanja na sobnoj temperaturi, ispitivanja se takođe izvode na niskim i povišenim temperaturama. Ovde, mašina za ispitivanje može biti opremljena temperaturnom komorom za temperaturni opseg od -80 °C do 360 °C.
Uzorci i dimenzije u skladu sa ASTM D3039
| Tip uzorka / laminat | Šematski dijagram oblika uzorka (pojednostavljeno, nije u razmeri) | Napomena o upotrebi lepljivih jezičaka |
|---|---|---|
| 0° UD laminat |  |
|
| 90° UD laminat |  |
|
| Višesmerni UD i tkani laminati, diskontinuirani laminati ojačani vlaknima sa slučajnom orijentacijom vlakana (npr. SMC) |  | Za višesmerne UD ili tkane laminate, ili za uzorke napravljene od diskontinuiranih laminata ojačanih vlaknima sa slučajnom orijentacijom vlakana, upotreba abrazivne tkanine umesto vezanih elemenata za primenu sile je često dovoljna. |
- Elementi za primenu sile vezani lepkom (lepljivi jezičci) nisu potrebni, ali se snažno preporučuju za UD laminate, kako bi se sprečili nevažeći lomovi vilica (lom na ili u umetcima).
- Laminat od plastike ojačane staklenim vlaknima (GFRP) sa orijentacijom vlakana od ±45° u odnosu na pravac opterećenja u uzorku za zatezanje pokazao se kao odgovarajući materijal za jezičke.
- Specifikacije u ASTM D3039 za geometriju uzorka odgovarajućih tipova laminata su preporuke i omogućavaju poređenje rezultata između laboratorija. Odstupanja u dimenzijama uzorka su dozvoljena pod uslovom da se poštuju opšte preporuke za geometriju uzorka date standardom.
- Prilikom korišćenja hvataljki ili beskontaktnih sistema za merenje naprezanja, dužina merača L0 treba da bude između 10 i 50 mm.
Automatizovana ispitivanja zatezanja prema ASTM D3039
Za automatizovana ispitivanja zatezanja prema ASTM D3039 može se koristiti robotski sistem za ispitivanje roboTest R. Automatska obrada kompozitnih uzoraka smanjuje opterećenje operatera, omogućavajući im da se fokusiraju na zahtevnije zadatke. Automatizovano rešenje pruža prednost eliminisanja uticaja operatera kao što su temperatura ruke ili vlaga i umetanje uzorka van centra ili pod uglom, što zauzvrat rezultira visokom obnovljivošću rezultata ispitivanja.
Korisnik puni uzorke koji se ispituju u skladište i pokreće sistem. U prvom koraku, hvataljka za uzorak dovodi uzorak do uređaja za merenje poprečnog preseka. Ovde se mere debljina i širina uzorka. Identifikacioni kod obezbeđuje jasnu praćenje rezultata.
Uzorak se zatim steže u čeljustima i vrši se ispitivanje zatezanja prema ASTM D3039. Ako je za ispitivanje potrebna određena temperatura uzorka, uzorak se prethodno zagreva u temperaturnoj komori. Nakon lomljenja uzorka, svi preostali ostaci u čeljustima se uklanjaju pomoću klizača. Pored toga, done čeljusti se čisti metlom.
Dodatne informacije o ASTM D3039
- Sa standardom ASTM D3039, i Međunarodni sistem jedinica (SI) i inč-funta (imperijalni) sistem jedinica mogu se koristiti za parametre ispitivanja i dimenzije uzorka. Međutim, važno je izbegavati kombinaciju dva sistema jedinica, jer to može dovesti do rezultata koji nisu u skladu sa standardima.
- Da bi se odredila zatezna svojstva na nivou jednog sloja, proizvode se višeslojni kompoziti kod kojih je svaki pojedinačni sloj orijentisan na isti način. Ovo se posebno odnosi na UD laminate od 0° ili 90°. U slučaju odgovarajuće orijentisanih višeslojnih tkanih kompozita, mehaničke karakteristične vrednosti se takođe navode u smislu pravca osnove i potke.
- Pored izvođenja ispitivanja zatezanja u svrhu razvoja materijala, kvalifikacije materijala i osiguranja kvaliteta, karakteristične vrednosti određene na nivou jednog sloja se takođe koriste u projektovanju kompozitnih struktura za analitičke metode proračuna. Koristeći klasičnu teoriju laminata, na primer, elastična svojstva višesmernog višeslojnog kompozita mogu se izračunati iz karakterističnih vrednosti odgovarajućih pojedinačnih slojeva. Vrednosti čvrstoće na nivou jednog sloja koriste se, između ostalog, za izračunavanje kriterijuma otkaza kao što su maksimalni napon, Hashin, Puck ili LaRC.
- Pošto mehanička svojstva višeslojnog kompozita zavise od orijentacije pojedinačnih slojeva, svaki višeslojni kompozit sa različitim orijentacijama pojedinačnih slojeva pokazuje različita mehanička svojstva zatezanja. Mehanička svojstva materijala od plastike ojačane vlaknima stoga se otkrivaju tek tokom procesa proizvodnje laminata. Sam proizvodni proces ima značajan uticaj na rezultujuće karakteristične vrednosti. Uticaj proizvodnog procesa na mehanička svojstva laminata od plastike ojačane vlaknima (FRP) se stoga često potvrđuje mehaničkim ispitivanjima.
Često postavljana pitanja o ispitivanju kompozitnih materijala prema ASTM D3039
ASTM D638 je standardna metoda ispitivanja za određivanje zateznih svojstava nearmiranih i armiranih plastika korišćenjem uzoraka veslo. Kada se za armiranje koriste kontinuirana vlakna ili diskontinuirana vlakna sa modulom >20 GPa, ASTM D638 se odnosi na standardnu metodu ispitivanja ASTM D3039 za određivanje zateznih svojstava polimernih matričnih kompozita. Pravougaoni uzorci se koriste za ASTM D3039. Zatezna ispitivanja na plastikama ojačanim ugljeničnim ili staklenim vlaknima (CFRP, GFRP) sa kontinuiranim vlaknima, posebno, postižu znatno veće sile ispitivanja u poređenju sa zateznim ispitivanjima na nearmiranim ili plastičnim masama ojačanim kratkim vlaknima, što zahteva upotrebu odgovarajuće mašine za ispitivanje.
ASTM D3039 je standardna metoda ispitivanja za određivanje zateznih svojstava kompozita ojačanih vlaknima. Visokomodularna armaturna vlakna mogu biti kontinuirana vlakna ili diskontinuirana vlakna sa slučajnom orijentacijom vlakana. Preporučene dimenzije pravougaonog uzorka u ASTM D3039 zavise od vrste kompozitnog laminata koji se ispituje (npr. 0° jednosmerni, 90° jednosmerni, višesmerni ili nasumično diskontinuirani).
Debljina uzorka za ASTM D3039 zavisi od vrste laminata za koji se određuju zatezna svojstva. ASTM D3039 preporučuje debljinu uzorka od 1 mm za jednosmerna (UD) ispitivanja zatezanja od 0° i 2 mm za UD ispitivanja od 90°. Za višesmerne laminate ili za laminate sa nasumično diskontinuiranom orijentacijom vlakana, preporučena debljina je 2,5 mm. Takođe su date odgovarajuće preporuke u pogledu ukupne dužine, širine, dužine i debljine jezička za uzorke.
