Стандартен метод за изпитване на опънна умора на полимерни матрични композитни материали ASTM D3479-D3479M

Стандартна процедура за изпитване на опънна умора на полимерни матрични композитни материали по ASTM D3479/D3479M

Стандартният метод за изпитване ASTM D3479/D3479M за умора на опън на полимерни матрични композитни материали, разработен от Американското дружество за изпитване и материали (ASTM), описва метод за изпитване, използван за определяне на поведението на умора на полимерни матрични композитни материали, подложени на циклично натоварване на опън. Формите на композитните материали са ограничени до композити, подсилени с непрекъснати или прекъснати влакна, чиито еластични свойства са специфично ортотропни по отношение на посоката на изпитване. Този метод за изпитване е ограничен до неназъбени образци за изпитване, подложени на едноосно натоварване в равнината с постоянна амплитуда, където натоварването се определя чрез параметър за контрол на изпитването.

Този метод на тестване представя две процедури, всяка от които определя различен параметър за контрол на теста:

Процедура А: Система, при която параметърът за управление на изпитването е натоварване (напрежение) и машината се управлява така, че изпитваният образец е подложен на повтарящи се цикли на натоварване с постоянна амплитуда. В тази процедура параметърът за управление на изпитването може да бъде дефиниран с помощта на инженерно напрежение или приложено натоварване като променлива на умора с постоянна амплитуда.
Процедура Б: Система, при която параметърът за управление на изпитването е деформацията в посоката на натоварване, а машината се управлява така, че изпитваният образец се подлага на повтарящи се цикли на деформация с постоянна амплитуда. В тази процедура параметърът за управление на изпитването може да бъде дефиниран с помощта на инженерната деформация в посоката на натоварване като променлива на умора с постоянна амплитуда.

Този метод за изпитване е предназначен за получаване на данни за умора на опън за свойствата на материалите, научноизследователска и развойна дейност, осигуряване на качеството, както и за структурно проектиране и анализ. Основният резултат от изпитването е дълготрайността на умора на изпитвания образец при дадено натоварване и условия на околната среда. Многократни изпитвания могат да се използват за получаване на разпределения на дълготрайността на умора за специфични видове материали, конфигурации на ламинатните слоеве, среди и условия на натоварване. Указания за статистическия анализ на данните за дълготрайността на умора, като например определяне на линеаризирани криви на напрежение-дълготрайност или деформация-дълготрайност, се намират в стандарта ASTM E739.

Този метод на изпитване може да се използва за изследване на повреди от умора в полимерни матрични композити, като например появата на микроскопични пукнатини, фрактури на влакната или разделяне на слоеве.

Остатъчната якост или твърдост на пробата, или и двете, могат да се променят поради тези механизми на повреждане. Загубата на твърдост може да се измери чрез получаване на квазистатична аксиална крива на напрежение-деформация чрез спиране на цикличното натоварване през избрани интервали от цикли, като се използват процедурите за определяне на модула, описани в стандартния метод за изпитване ASTM D3039/D3039M. Загубата на якост, свързана с повреждане от умора, може да се определи чрез получаване на статична якост чрез спиране на цикличното натоварване, като се използва стандартният метод за изпитване ASTM D3039/D3039M.

Стандартът ASTM D3479/D3479M определя стандартизиран метод за оценка на поведението на умора на полимерни матрични композити при многократно натоварване на опън. Тези материали, често подсилени с влакна като въглерод или стъкло, се използват широко в аерокосмическата, автомобилната, морската и структурната промишленост, където цикличното натоварване е от решаващо значение.

Устойчивостта на умора е особено важна за композитните материали, тъй като повредите често се натрупват постепенно (напр. микропукнатини, разслояване) без веднага видима повреда.

Този стандарт се фокусира върху определянето на свойствата на умора при циклично натоварване от опън, което означава, че материалът е многократно разтяган, но не и компресиран. Неговите ключови елементи са:

Това се отнася за полимерни композити, подсилени с влакна (с непрекъснати или прекъснати влакна).
Ограничено до ненарязани проби.
Проектиран за циклично натоварване с постоянна амплитуда.
Подходящо за:
- Еднопосочни ламинати (напр. ориентации от 0 градуса и 90 градуса)
- Симетрични, ортотропни ламинатни структури

Описаният метод за изпитване оценява как композитният материал се държи при повтарящи се натоварвания на опън до счупване. Двете основни процедури за изпитване са следните:

Процедура А (контролирано натоварване): Пробата се подлага на циклично натоварване при постоянно ниво на напрежение.
Процедура Б (контролирано напрежение): Пробата претърпява циклична деформация при постоянно ниво на напрежение.

Тези подходи позволяват на инженерите да симулират различни реални условия на натоварване.

Основният резултат от изпитването е дълготрайността на умората, обикновено изразена както следва:

Брой цикли до повреда
Връзка между напрежение и живот
Връзка между щам и живот

Допълнителните наблюдения могат да включват:

Твърдостта намалява с времето.
Оставаща сила след частично циклиране
Механизми за повреди, например:
- Разбиване на матрица
- Счупване на влакната
- Разделяне на слоеве

Стандартът ASTM D3479/D3479M определя следното:

Геометрия на пробата (плоски проби, без назъбване)
Условия на натоварване (честота, коефициент на напрежение, форма на вълната)
Условия на околната среда (температура, влажност, ако е необходимо)
Устройства, използвани за измерване на натоварване, деформация и цикли.

Използваните изпитвателни машини трябва да могат да прилагат циклични натоварвания с контролирана амплитуда.

Стандартът ASTM D3479/D3479M се използва широко в следните области:

Квалификация на материалите: Сравнение на характеристиките на умора на различни композитни системи.
Проектиране и инженеринг: Генериране на данни за умора на материала за структурно проектиране (напр. крила на самолети, автомобилни части).
Научноизследователска и развойна дейност: Разбиране на развитието на повреди в композитните материали.
Осигуряване на качеството: Осигуряване на последователност в производствените процеси.

Данните помагат на инженерите да прогнозират експлоатационния живот и надеждността при циклични условия на натоварване.

Основните предимства на този стандарт са:

Той осигурява повтаряеми и сравними резултати.
Поддържа статистически анализ на умората.
Това позволява подобряване на проектните допуски.
Приложим за широк спектър от композитни конфигурации.

Този стандарт обаче има някои ограничения:

Ограничено само до опънно натоварване (без компресия или многоосов умора)
Използва натоварване с постоянна амплитуда (което не представя точно променливото натоварване в реалния живот).
Приложимо само за проби без прорез.
Това изисква внимателен контрол на условията на тестване, за да се предотврати вариабилност.

Този стандарт обикновено се използва заедно със следното:

Стандарти за изпитване на опън (напр. оценка на статичната якост)
Стандарти за анализ на данни за умора (за разработване на криви)

Заедно те осигуряват пълно разбиране на механичното поведение на композитите.

В заключение, стандартът ASTM D3479/D3479M е основен стандарт за оценка на устойчивостта на умора на полимерни матрични композити при циклично опънно натоварване. Структурираната му методология позволява на инженерите да генерират надеждни данни за умора, необходими за проектиране на здрави, високоефективни композитни структури за взискателни приложения.

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 D3479/D3479M.