ASTM D3039/D3039M خصائص الشد للمواد المركبة ذات مصفوفة البوليمر

يصف معيار "طريقة الاختبار القياسية ASTM D3039/D3039M لخصائص الشد للمواد المركبة ذات مصفوفة بوليمرية"، الذي طورته الجمعية الأمريكية لاختبار المواد (ASTM)، خصائص الشد في المستوى للمواد المركبة ذات مصفوفة بوليمرية والمقواة بألياف عالية المرونة. تقتصر أشكال المواد المركبة على المواد المركبة المقواة بالألياف المستمرة أو الألياف المتقطعة، حيث تكون الطبقة الرقيقة متوازنة ومتماثلة في اتجاه الاختبار.

لأغراض هذا المعيار، تُطبق المصطلحات والتعريفات الواردة في ASTM D3878 للألياف عالية المرونة ومركباتها، وASTM D883 للبلاستيك، وASTM E6 للاختبارات الميكانيكية، وASTM E456 وASTM E177 للإحصاءات. في حال وجود تعارض بين المصطلحات، تُعطى الأولوية للمعيار ASTM D3878 على المعايير الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، تُطبق التعريفات التالية:

• القيمة الاسمية هي قيمة تُخصَّص لخاصية قابلة للقياس، ولا وجود لها إلا بالاسم، لتسهيل تحديدها. ويمكن تطبيق التفاوتات على القيمة الاسمية لتحديد نطاق مقبول للخاصية.
• منطقة الانتقال هي منطقة إجهاد لمنحنى إجهاد-إجهاد أو إجهاد-إجهاد حيث يحدث تغيير كبير في ميل المنحنى على مدى فترة إجهاد صغيرة.
• إجهاد الانتقال هو قيمة الإجهاد في المدى المتوسط ​​لمنطقة الانتقال بين جزأين خطيين في زوج من منحنيات الإجهاد-الانفعال الخطية أو الإجهاد-الانفعال. تُظهر العديد من المواد المركبة الخيطية سلوكًا ثنائي الخطية أثناء تطبيق القوة، كما يتضح، على سبيل المثال، في الرسوم البيانية للإجهاد الطولي مقابل الانفعال الطولي أو الانفعال العرضي مقابل الانفعال الطولي. هناك عدة أسباب فيزيائية لوجود منطقة انتقالية. من الأمثلة الشائعة تشقق المصفوفة تحت تأثير قوة الشد وانفصال الطبقات.

أثناء الاختبارات، يُوضع شريط رفيع ومسطح من مادة ذات مقطع عرضي مستطيل ثابت في قبضة آلة اختبار ميكانيكية، ويُحمّل بشدٍّ رتيب أثناء تسجيل القوة. يمكن تحديد المتانة القصوى للمادة من أقصى قوة مُستَمرّة قبل الفشل. إذا رُصد إجهاد القسيمة باستخدام محولات شد أو إزاحة، يُمكن تحديد استجابة المادة للإجهاد-الانفعال، والتي يُمكن من خلالها استنتاج إجهاد الشد الأقصى، ومعامل مرونة الشد، ونسبة بواسون، وإجهاد الانتقال.

صُممت طريقة الاختبار هذه لإنتاج بيانات خواص الشد لخصائص المواد، والبحث والتطوير، وضمان الجودة، والتصميم والتحليل الإنشائي. تشمل العوامل المؤثرة على استجابة الشد، والتي يجب الإبلاغ عنها، ما يلي: المادة، وطرق تحضيرها ووضعها، وترتيب تكديس العينات، وتجهيزها، وتكييفها، وبيئة الاختبار، ومحاذاة العينة وتماسكها، وسرعة الاختبار، والوقت عند درجة الحرارة، ومحتوى الفراغات، ونسبة التسليح الحجمية.

تشمل الميزات الموجهة للاختبار والتي يمكن الحصول عليها من طريقة الاختبار هذه ما يلي:

• قوة الشد القصوى
• أقصى إجهاد شد
• معامل مرونة وتر الشد
• نسبة بواسون
• الإجهاد الانتقالي

يتم وصف التدخلات في هذا المعيار على النحو التالي:

• إعداد المواد والعينات: تعتبر ممارسات تصنيع المواد السيئة، والافتقار إلى التحكم في محاذاة الألياف، والأضرار الناجمة عن معالجة القسائم بشكل غير صحيح من الأسباب المعروفة لتشتت بيانات المواد العالية في المواد المركبة.
• الاحتفاظ: تشير النسبة العالية من حالات الفشل المتعلقة بالاحتفاظ، خاصةً عند اقترانها بتشتت بيانات المواد، إلى وجود مشاكل في الاحتفاظ بالعينات. وتناقش هذه المواصفة بالتفصيل أساليب الاحتفاظ بالعينات.
• محاذاة النظام: يؤدي الانحناء المفرط إلى فشل مبكر وقياسات غير دقيقة لمعامل المرونة. يجب بذل كل جهد ممكن لتجنب الانحناء المفرط في نظام الاختبار. قد يكون سبب الانحناء عدم محاذاة المقابض، أو تركيب العينات بشكل غير صحيح فيها، أو عدم تطابقها مع التسامح المطلوب نتيجة سوء تحضير العينة. في حال وجود أي شك في محاذاة جهاز اختبار معين، يجب فحص المحاذاة كما هو موضح في هذا المعيار.
• تأثيرات الحواف في صفائح الطبقات الزاوية: تُظهر الصفائح التي تحتوي على طبقات خارج المحور فشلاً مبكراً وصلابة أقل بسبب تليين الحواف. لذلك، قد يُقلل تقدير قوة ومعامل مرونة صفائح الطبقات الزاوية بشكل كبير. أما بالنسبة للصفائح شبه المتساوية الخواص التي تحتوي على طبقات كبيرة بزاوية صفر درجة، فيكون التأثير أقل أهمية.

يُعدّ معيار ASTM D3039/D3039M أساسيًا لأنه يوفر طريقةً متسقةً وموثوقةً لقياس خصائص الشد للمواد المركبة ذات مصفوفة البوليمر، مثل ألياف الكربون أو البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية. ومن أهم أسباب أهمية هذا المعيار ما يلي:

• يوفر بيانات قابلة للمقارنة: في غياب طريقة موحدة، قد تستخدم المختبرات أو المصنّعون المختلفون إعدادات اختبار أو أحجام عينات أو معدلات إجهاد مختلفة. يضمن هذا المعيار إمكانية تكرار نتائج اختبارات الشد وقابليتها للمقارنة في جميع أنحاء الصناعة.
• يدعم تصميم المواد: يستخدم المهندسون البيانات من الاختبارات الموضحة في هذا المعيار، مثل قوة الشد، ومعامل المرونة، ونسبة بواسون، من أجل:
  • التنبؤ بكيفية تصرف المواد تحت الضغط
  • اختيار المواد المناسبة للتطبيقات الحاملة للأحمال
  • إجراء تحليل الفشل وتقييم التعب
• مراقبة الجودة: يعتمد المصنعون على هذا المعيار لضمان الجودة، مما يضمن أن كل دفعة من المواد المركبة تلبي توقعات التصميم والأداء.
• الامتثال والتصديق: تتطلب العديد من الصناعات، وخاصةً صناعات الطيران والسيارات والدفاع، مواد ومكونات تلبي معايير محددة. يوفر هذا المعيار معيارًا معترفًا به للامتثال للمتطلبات التنظيمية ومتطلبات العملاء.
• السلامة الهيكلية: من خلال قياس خصائص الشد بدقة، فإنه يساعد المهندسين على تجنب التصميم الزائد أو الناقص، مما يقلل من خطر الفشل واستخدام المواد غير الضرورية.

مؤسستنا، التي تدعم الشركات في جميع القطاعات منذ سنوات من خلال مجموعة واسعة من أنشطة الاختبار والقياس والتحليل والتقييم، تضم فريقًا قويًا من الموظفين يتابعون عن كثب التطورات العالمية في العلوم والتكنولوجيا، ويعملون على تطوير أنفسهم باستمرار. وفي هذا السياق، نقدم أيضًا خدمات الاختبار وفقًا لمعيار "ASTM D3039/D3039M لطريقة الاختبار القياسية لخصائص الشد للمواد المركبة ذات مصفوفة البوليمر".