ASTM D6641 kombinovano opterećenje kompresijom
ASTM D6641 je standardna metoda ispitivanja za određivanje Youngovog modula elastičnosti, čvrstoće i prelomnog napona vlaknastih kompozitnih laminata pod kompresivnim opterećenjem. Ispitivanje je pogodno za UD laminate od 0°, 90° ili višesmerne, za tkane i položene scrim kompozite ili za vlaknaste kompozite sa diskontinuiranim i nasumično raspoređenim armaturnim vlaknima (npr. seckani vlaknasti kompoziti, SMC).
U kombinovanom opterećenju ispitivanja sabijanjem, kombinovana sila se primenjuje normalnom komponentom sile preko čeonih površina i komponentom sile smicanja preko stegnutog dela uzorka. Ova kombinovana primena sile je posebno povoljna za ispitivanje sabijanjem na laminatima od vlaknastih kompozita sa visokom čvrstoćom. Usklađenost sa tolerancijama navedenim u standardu za paralelizam čeonih površina uzorka i za upravnost čeonih površina u odnosu na pravac opterećenja je neophodna za postizanje optimalnih rezultata.
U skladu sa standardom ASTM D6641, mogu se koristiti i uzorci bez jezičaka (postupak A) i uzorci sa jezičkom (postupak B). Više informacija potražite u odeljku „Uzorci za ispitivanje i dimenzije“ ispod.
Drugi često korišćeni standardi za ispitivanje sabijanjem na dugim ili kontinuiranim plastikama ojačanim vlaknima su ASTM D695 ili DIN EN 2850 metoda B prema čistom principu opterećenja na kraju i ASTM D3410 ili ISO 14126 metoda 1 prema čistom principu smicajnog opterećenja. Još jedno standardizovano kombinovano opterećenje ispitivanja sabijanjem opisan je u metodi 2 standarda ISO 14126.
Objektivne i karakteristične vrednosti Sprovođenje ispitivanja CLC ispitni uređaj Mašina za ispitivanje Merenje naprezanja Zahtevi za ispitivanje Uzorak
Preuzimanja Zatražite konsultacije
Cilj ispitivanja i određene karakteristične vrednosti prema ASTM D6641
Ispitivanje sabijanjem za kompozite prema ASTM D6641 sprovode se radi određivanja mehaničkih svojstava kompresije tokom razvoja i kvalifikacije materijala, određivanja karakterističnih vrednosti za raspored i dizajn kompozitnih struktura i u cilju obezbeđivanja kvaliteta.
Kombinovano opterećenje ispitivanja sabijanjem prema ASTM D6641 može se koristiti za određivanje sledećih karakterističnih rezultata i vrednosti:
- Napon pri pritisku: kompresivna sila povezana sa početnim poprečnim presekom uzorka
- Kompresivno naprezanje: promena dužine mernog pribora u odnosu na početnu dužinu mernog pribora u smeru opterećenja
- Modul kompresije: nagib krive naprezanja i kompresije u ispitivanju sabijanjem u definisanom intervalu deformacije u elastičnom opsegu. Takođe se naziva modul elastičnosti ili Youngov modul
- Jačina pritiska: maksimalni kompresivni napon koji uzorak nosi tokom ispitivanja sabijanjem
- Deformacija pri lomu: kompresija kada se dostigne čvrstoća na pritisak
Ako se koristi dvoosni merni instrument za merenje naprezanja, pomoću kojeg se može meriti naprezanje u uzdužnom i poprečnom pravcu, Poissonov odnos se takođe može odrediti u ispitivanju sabijanjem prema ASTM D6641 i shodno tome se razmatra u standardu. Međutim, ovo je nepraktično zbog relativno male dužine slobodnog uzorka u ispitivanju sabijanjem i stoga se veoma retko primenjuje. Ispitivanje zatezanja prema ISO 527-4,-5 ili ASTM D3039 je mnogo pogodnije za određivanje Poissonovog odnosa.
Kako se sprovodi ispitivanje sabijanjem prema ASTM D6641?
U nastavku ćete pronaći važne informacije o sprovođenju kombinovanog opterećenja ispitivanja sabijanjem na kompozitima i potrebnim mašinama za ispitivanje, uređajima za ispitivanje i mernim meračima zatezanja. Za detaljne informacije o ASTM D6641, neophodno je kupiti standard.
ASTM D6641 uređaj za kombinovano opterećenje ispitivanja sabijanjem
Za kombinovano opterećenje ispitivanja sabijanjem(CLC) prema ASTM D6641, potreban je ispitni uređaj, koji omogućava kombinovanu primenu sile preko čeonih površina i preko stegnutog dela uzorka.
U kombinovanom uređaju za kompresiju opterećenja prikazanom u standardu, uzorak se steže pomoću 4 vijka u gornjem i donjem, međusobno vođenom delu stezača. Čeone površine uzorka su u ravni sa čeonim površinama uređaja. Ispitni uređaj sa instaliranim uzorkom se zatim postavlja između paralelno poravnatih očvrslih kompresionih ploča i opterećuje se pod pritiskom dok se uzorak ne slomi.
U skladu sa ASTM D6641, uporedivi ispitni uređaj može se koristiti i za ispitivanje kombinovanog opterećenja i kompresije koji odgovara principu primene kombinovane sile u ispitnom uzorku:
Hidraulični uređaj za kompresiju kompozita (HCCF), dostupan ekskluzivno od ZwickRoell-a za ispitivanje sabijanjem kompozita do 250 kN, izuzetno je svestran uređaj za kompresiju koji je takođe pogodan za kombinovano opterećenje kompresijom prema ASTM D6641.
Neke prednosti i karakteristike HCCF-a
- Omogućava sprovođenje ispitivanja sabijanjem prema principu kombinovanog opterećenja kompresijom (ASTM D6641, ISO 14126 metod 2 ili Airbus AITM 1-0008)
- Omogućava sprovođenje ispitivanja sabijanjem prema principu čistog smicajnog opterećenja (ASTM D3410 ili ISO 14126 metoda 1)
- Za sile kompresije do 250 kN
- Za širinu uzoraka do 35 mm i debljinu laminata do 10 mm
- Brz protok uzorka tokom ispitivanja, jer HCCF ostaje u mašini za ispitivanje
- Umetci su precizno poravnati jedan sa drugim i nema pomeranja umetaka u odnosu na drugi tokom ispitivanja
- Neograničen pogled na slobodni deo uzorka omogućava upotrebu optičkih metoda merenja naprezanja kao što je digitalna korelacija slike (DIC)
Napomena: ASTM D6641 zahteva dvostrano merenje naprezanja na suprotnim površinama u slobodnom delu uzorka.Zbog relativno male površine od 13x13 mm² standardne geometrije uzorka ASTM D6641, merni uređaji za merenje naprezanja su generalno najpogodnija metoda za merenje naprezanja.Više informacija potražite u “ Merenje naprezanja ” odeljku ispod.
- Deformacija uzrokovana odstupanjima u sloju lepka ili debljini jezičaka prilikom stezanja uzorka - prepoznatljiva po apsolutnoj razlici od >150 µe između mernih merača naprezanja sa obe strane - može se brzo i lako ispraviti otvaranjem čeljusti i postavljanjem podmetača.
- Može se koristiti za ispitivanje sabijanjem u temperaturnom opsegu od -60 °C do +150 °C
- Ručno upravljane hidraulične pumpe omogućavaju veoma precizno stezanje uzorka
Za HCCF su dostupni umetci sa skalastim uzorkom ili sa hrapavom površinom nanetom postupkom termičkog premazivanja. Umetke sa termičkim premazom treba koristiti prilikom ispitivanja uzoraka bez jezičaka (ASTM D6641 postupak A).
Mašina za ispitivanje po ASTM D6641
Za ispitivanje sabijanjem prema ASTM D6641 sa standardnim uzorcima i za mnoge druge standardizovane metode ispitivanja plastike ojačane vlaknima, često je dovoljna upotreba mašine za ispitivanje AllroundLine od 100 kN. Prikazana je postavka za ispitivanje sabijanjem sa HCCF kompresionim uređajem i produžetnim šipkama na vrhu i dnu, što omogućava izvođenje ispitivanja sabijanjem u temperaturnoj komori. Produžne šipke nisu potrebne za ispitivanje sabijanjem na sobnoj temperaturi. Sa prikazanom konfiguracijom mašine od 100 kN, upotreba mehaničkih čeljusti tipa „body-over-wedge“ za ispitivanja zatezanja (pogledajte malu sliku gore desno) olakšava prelazak između različitih podešavanja ispitivanja i uređaja za ispitivanje. Jednostavnim uklanjanjem čeljusti, 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.
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.
Pouzdano ispitivanje prema ASTM D6641 zahvaljujući našem softveru za ispitivanje testXpert
Naš softver za ispitivanje testXpert podržava efikasno ispitivanje i pouzdane rezultate ispitivanja u skladu sa ASTM D6641:
- Eliminišite potrebu za proučavanjem standarda: Garantovana usklađenost sa standardima kroz standardne programe ispitivanja — sve karakteristične vrednosti i parametri ASTM D6641 su već sačuvani.
- Maksimalnu efikasnost ispitivanja možete postići povezivanjem perifernih uređaja: Slanje dimenzija uzorka sa mikrometra ili kalibra direktno u softver za ispitivanje štedi vreme i eliminiše greške pri unosu.
- Takođe proverite i kontrolišite temperaturu u komori putem softvera. Podesite temperaturne rampe i pogledajte vrednosti koje su održavane retrospektivno, sa mogućnošću praćenja.
Merenje naprezanja korišćenjem ispitivanja sabijanjem u skladu sa ASTM D6641
Ispitivanje sabijanjem prema ASTM D6641 zahteva dvostrano i nezavisno merenje naprezanja u slobodnoj, nepodržanoj površini uzorka (dužina merača). Zbog relativno male površine od 13x13 mm2 nominalne geometrije uzorka, upotreba merača naprezanja primenjenih na obe strane je najpogodnija metoda merenja naprezanja.
Potrebno je dvostrano i nezavisno merenje naprezanja na uzorku da bi se otkrio bilo kakav procenat savijanja i razlikovali validni od nevažećih ispitivanja. Vidite odeljak Uslovi ispitivanja – Praćenje superponirane deformacije savijanja (procenat savijanja) ispod.
Zbog otvorenog dizajna HCCF kompresionog uređaja, moguće je koristiti i clip-on ekstenziometer koji meri nezavisno sa obe strane. Međutim, za ovo je potrebna slobodna dužina od najmanje 13 mm. Veća slobodna dužina je dozvoljena prema ASTM D6641 i povoljna je za upotrebu clip-on ekstenziometra, pod uslovom da je debljina uzorka dimenzionisana u skladu sa tim kako bi se izbeglo Euler izvijanje.
Uslovi ispitivanja prema ASTM D6641
Brzina ispitivanja
Nominalna brzina ispitivanja prema ASTM D6641 je 1,3 mm/min.
Neuspeh validnog uzorka
ASTM D6641 pruža troslovni kod za dokumentovanje otkaza uzorka, koji jasno definiše način otkaza i položaj duž uzorka. U zavisnosti od arhitekture vlakana i ispitivanog laminata, u ispitivanju sabijanjem mogu se javiti različiti validni načini otkaza, npr. lom preko širine uzorka, lom pod uglom smicanja kroz debljinu uzorka (obično u ispitivanju sabijanjem na UD laminatima od 90°), prelom u traci, metlanje, cepanje, delaminacija ili kombinacije različitih validnih načina otkaza.
Ispitivanje sabijanjem je validno samo ako se uzorak slomi unutar slobodne dužine. Prelom u srednjem delu slobodne dužine odgovara idealnom slučaju, ali zbog kratke slobodne dužine i delimično uglovih površina preloma, prelomi se javljaju i na prelazu iz vilica u slobodnu oblast ili na prelazu iz jezička u slobodnu oblast. Ovo se takođe smatra validnim neuspehom uzorka.
Nevažeći tipovi otkaza su Euler izvijanje ili otkaz na čeonim površinama uzorka, kao i bilo koji tip otkaza uzorka u području stezanja.
Praćenje procenta savijanja
Pored validnog loma uzorka, za ukupno validno ispitivanje sabijanjem u skladu sa ASTM D6641, procenat savijanja pri kompresivnom opterećenju ne sme preći određeni opseg. Procentualna vrednost savijanja izračunata za ovo određuje se korišćenjem signala deformacije ε1 i ε2 određenih sa obe strane ispitnog uzorka korišćenjem formule By=(ε1-ε2)/(ε1+ε2)×100.
Za validno ispitivanje: Za <10% u srednjem intervalu izduženja određivanja Youngovog modula elastičnosti pri 2000 µε i za <10% za čvrstoću na pritisak i prelomno naprezanje.
Ako se u signalu deformacije pojave skokovi i diskontinuiteti zbog prethodnog otkaza u laminatu blizu granice lomljive čvrstoće, ispitivanje je validno čak i ako je kriterijum procenta savijanja ispunjen na 90% čvrstoće na pritisak.
Temperaturni opseg
Pošto mehanička svojstva plastike ojačane vlaknima mogu u velikoj meri zavisiti od temperature, pored ispitivanja sabijanjem na sobnoj temperaturi, ispitivanja se takođe izvode na niskim i povišenim temperaturama. U tu svrhu, kompresioni uređaj ZwickRoell HCCF može se koristiti u temperaturnom opsegu od -60° do +150 °C, što pokriva uobičajene raspone temperaturnih ispitivanja između -40° i +80 °C (+120 °C) za automobilske primene i između -55 °C i +120 °C u avijaciji.
ASTM D6641 uzorci i dimenzije
| Tip uzorka | Šematski prikaz uzorka | Napomene |
|---|---|---|
| Bez jezička (Postupak A) |  | Može se koristiti za višesmerne laminate sa manje od 50% slojeva od 0° ako se može izbeći lom na čeonim površinama uzorka i ne zahteva veliko povećanje sile hvatanja iznad preporučenog nivoa. |
| Sa jezičkom (Postupak B) |  |
|
- Kao materijal za jezičke može se koristiti GRP laminat sa uglom od ±45°, koji se lepi na laminat koji se ispituje odgovarajućim lepkom. Za debljine uzoraka do 2,5 mm, debljina jezička od približno 1,6 mm se pokazala kao odgovarajuća. Za veće debljine uzoraka, po potrebi treba odabrati deblje jezičke.
- ASTM D6641 ne definiše standardnu debljinu uzorka. Obično se ispituju debljine uzoraka od 2 do 3 mm. Deblji laminati se takođe mogu ispitivati, pod uslovom da je uređaj za ispitivanje sabijanjem koji se koristi u tu svrhu pogodan. Za manje debljine uzoraka, mora se poštovati dimenzionisanje protiv Eulerovog izvijanja navedeno u standardu, posebno za laminate sa niskom krutoćom.
- HCCF uređaj za kompresiju je prvobitno razvijen za kombinovano ispiitvanje sabijanjem opterećenja prema Airbus AITM 1-0008. Dužina umetaka navedena u AITM 1-0008 je 65 mm. Originalni umetci HCCF-a su stoga 1,5 mm predugi za standardnu geometriju uzorka ASTM D6641. Za izvođenje kombinovanog ispiitvanja sabijanjem opterećenja prema ASTM D6641 sa HCCF-om moraju se koristiti uzorci za kompresiju dužine 143 mm. Alternativno, mogu se koristiti odgovarajuće čeljusti dizajnirane za nominalnu dužinu uzorka od 140 mm.
