ASTM D3410 Измерване на компресионните свойства на полимерно-матрични композитни материали чрез срязващо натоварване

ASTM D3410 Измерване на компресионните свойства на полимерно-матрични композитни материали чрез срязващо натоварване

Стандартният метод за изпитване ASTM D3410 за срязващо натоварване на компресионните свойства на неподдържани полимерно-матрични композитни материали с измервателно напречно сечение, разработен от Американското дружество за изпитване и материали (ASTM), описва метод за изпитване за определяне на равнинните компресионни свойства на полимерно-матрични композитни материали, подсилени с високомодулни влакна.

ASTM D3410 Измерване на компресионните свойства на полимерно-матрични композитни материали чрез срязващо натоварване

Формите на композитни материали са ограничени до непрекъснати или прекъснати влакнести композити, чиито еластични свойства са специфично ортотропни по отношение на посоката на изпитване. Тази процедура за изпитване прилага компресивна сила върху пробата чрез срязване в клиновидните интерфейси. Този тип предаване на сила се различава от следните процедури:

  • Стандартен метод за изпитване ASTM D695, при който силата на натиск се предава на пробата чрез челно натоварване.
  • Стандартен метод за изпитване по ASTM D6641, при който силата на натиск се предава чрез комбинирано срязване и челно натоварване.
  • Стандартен метод за изпитване по ASTM D5467, при който силата на натиск се предава чрез подлагане на тънко покрита сандвич-греда с ядро ​​тип „пчелна пита“ на четириточково огъване.

Този метод за изпитване е приложим за композитни материали, изработени от еднопосочна лента, вложка от мокри влакна, текстил (напр. плат), къси влакна или подобни продуктови форми. Някои продуктови форми може да изискват отклонения от метода за изпитване.

Този метод за изпитване е предназначен за генериране на данни за якост на натиск за свойства на материалите, научноизследователска и развойна дейност, осигуряване на качеството, както и за структурно проектиране и анализ. Факторите, влияещи върху компресионния отговор и следователно изискващи докладване, включват: материал, методи за подготовка на материалите и наслояване, последователност на подреждане на пробите, подготовка на пробите, кондициониране на пробите, тестова среда, подравняване и сцепление на пробите, скорост на изпитване, време на задържане на температурата, съдържание на кухини и процент обемна армировка. Характеристиките на насочеността на изпитването, получени от този метод за изпитване, включват:

  • максимална якост на натиск
  • Крайна компресионна деформация
  • Модул на еластичност на компресия (линеен или лъчев)
  • Коефициент на Поасон при налягане
  • Преходен щам

ASTM D3410 е стандартен метод за изпитване, използван за определяне на компресионните свойства на полимерни матрични композитни материали. Той е особено важен за въглеродни влакна, стъклени влакна, арамидни влакна и други подсилени полимерни композити, тъй като якостта на натиск и модулът на натиск са критични конструктивни свойства. Този стандарт предоставя контролирана лабораторна процедура за подлагане на композитни проби на компресионно натоварване и измерване на тяхната реакция до счупване.

Описаният метод за изпитване е предназначен предимно за полимерни матрични композити с непрекъснати или прекъснати влакна. За разлика от конвенционалния тест за компресия, при който върховете на пробите се компресират директно, стандартът ASTM D3410 използва приспособление, което прилага компресионното натоварване чрез срязващо натоварване върху върховете на пробите. Този подход помага за смекчаване на някои от проблемите, свързани с конвенционалните тестове за компресия, по-специално смачкването и нестабилността на върха на пробата.

Основната цел на стандарта ASTM D3410 е да определи основните компресионни свойства на композитните материали. Те включват:

  • Сила на натиск
  • Компресивно напрежение при счупване
  • Модул за налягане
  • Поведение при стрес и деформация
  • Свойства на фрактурата

Тези свойства са важни, защото композитните материали могат да се държат много различно при опън и натиск. Например, композит от въглеродни влакна може да има изключително висока якост на опън, но значително по-ниска якост на натиск поради следните механизми:

  • Микроогъване на влакна
  • Навиване на влакна
  • Разбиване на матрица
  • Разделяне на влакна/матрица
  • Разделяне на слоеве

Стандартът ASTM D3410 предоставя стандартизиран метод за измерване на това поведение.

В конструкции, където композитните компоненти са подложени на компресионни натоварвания, компресионните характеристики са от решаващо значение. Примерите включват:

  • Автомобилни структурни компоненти
  • Самолетни конструкции
  • Аерокосмически компоненти
  • Конструкции на вятърни турбини
  • Съдове под налягане
  • Спортна екипировка
  • Индустриални композитни конструкции
  • Композитни панели и ламинати

Без стандартизирано изпитване за компресия, резултатите от различните лаборатории могат да се различават значително поради разликите в геометрията на пробата, метода на натоварване, подравняването и изпитвателното оборудване. Следователно, стандартът ASTM D3410 помага да се осигурят повтаряеми и сравними резултати от изпитванията.

Основният принцип е сравнително прост. Композитен образец се поставя в специално приспособление за натиск. Приспособлението прилага аксиална компресивна сила върху образеца чрез срязващо натоварване в краищата на образеца. С увеличаване на натоварването, изпитвателната машина регистрира приложената сила и съответната деформация/напрежение. Получените данни за натоварването и напрежението могат да се използват за изграждане на крива на напрежение-напрежение.

Образецът обикновено е относително тясна, плоска композитна проба, проектирана да се побере в компресионно приспособление. Ключовите характеристики на образеца включват:

  • Тип материал
  • Архитектура на оптичните влакна
  • Ориентация на влакната
  • Последователност на полагане на ламинат
  • дебел
  • широчина
  • дължина
  • Състояние на повърхността

Размерите и подготовката на пробите са важни, тъй като неправилните размери или повредите могат да доведат до преждевременна повреда и подвеждащи резултати. Пробите трябва да са без следните дефекти:

  • Пукнатини
  • Разделяне на слоеве
  • Повреда на ръбовете
  • пропуски
  • Щети от обработката

Типичната тестова настройка включва следното:

  • Универсална машина за изпитване: Машината прилага контролирана сила на затягане към пробата.
  • Приспособление за компресия: Необходимо е специално приспособление за прехвърляне на компресионното натоварване върху пробата чрез подходящ механизъм за срязващо натоварване.
  • Тензодатчик: Тензодатчикът измерва силата, приложена към пробата.
  • Система за измерване на деформация: В зависимост от конфигурацията на теста, деформацията може да се измери с помощта на следните устройства:
    • волтметри
    • Екстензометри
    • Други подходящи системи за измерване на деформация
  • Система за събиране на данни: Системата записва следното:
    • Приложено натоварване
    • Изместване или напрежение
    • Заман
    • Други съответни параметри на изпитването

Като цяло, процесът на тестване следва следните стъпки:

  • Стъпка 1 Подготовка на пробите: Композитните проби се произвеждат и обработват до необходимите размери. Пробите се проверяват за видими дефекти.
  • Стъпка 2 Кондициониране: Пробите могат да бъдат кондиционирани при определени условия на околната среда преди изпитване. Това е особено важно за полимерните композити, тъй като свойствата могат да бъдат повлияни от:
    • температура
    • Нито
    • Поглъщане на влага
  • Стъпка 3. Подготовка на приспособлението: Пробата се поставя в компресионното приспособление. Правилното подравняване е изключително важно.
  • Стъпка 4 Прилагане на компресионно натоварване: Изпитвателната машина прилага компресионното натоварване с определената скорост. Пробата се следи непрекъснато по време на натоварването.
  • Стъпка 5. Разрушаване: Натоварването продължава, докато пробата достигне състояние на компресионно разрушаване. Типичните механизми на разрушаване могат да включват:
    • Усукване на влакна
    • Къдрене на влакна
    • Разбиване на матрица
    • Разделяне на слоеве
    • Неуспех при рязане
    • Локално смачкване
  • Стъпка 6. Записване на резултатите: Данните за натоварването и деформацията се анализират, за да се определят необходимите характеристики на налягането.

Разбирането как се е счупила пробата е също толкова важно, колкото и получаването на числената стойност на якостта. Често срещаните режими на счупване включват:

  • Усукване на влакната: Локално завъртане или огъване на влакната под въздействието на компресия.
  • Микроогъване на влакната: Нестабилност на влакната в малък мащаб.
  • Напукване на матрицата: Напукване на полимерната матрица.
  • Разделяне на слоевете: Разделяне между слоевете ламинат.
  • Срязващо счупване: Счупване, причинено от прекомерни напрежения на срязване.
  • Смачкване на върха: Локално увреждане близо до върховете на пробата.
  • Глобално огъване: Нестабилност на пробата като цяло.

Следователно, резултатът от теста трябва да се оценява във връзка с нормално наблюдавания рефракционен режим.

В продължение на много години нашата организация, със своя компетентен и опитен екип, разбира нуждите на своите клиенти, предоставяйки им необходимите съвременни услуги за тестване и подпомагайки ги при създаването, внедряването и подобряването на системите за управление. В тази рамка ние също така предоставяме услуги за тестване в съответствие със стандарта ASTM D3410.

WhatsApp