ASTM D5379/D5379M-19 Standardowa metoda badania właściwości materiałów kompozytowych na ścinanie metodą belki z wycięciem w kształcie litery V

Norma „ASTM D5379/D5379M-19 Standardowa metoda badania właściwości ścinających materiałów kompozytowych metodą belki z karbem w kształcie litery V” , opracowana przez Amerykańskie Towarzystwo Badań i Materiałów (ASTM) , opisuje metodę badania właściwości ścinających materiałów kompozytowych wzmacnianych włóknami o wysokim module sprężystości. Materiały kompozytowe ograniczają się do kompozytów wzmacnianych włóknami ciągłymi lub ciętymi w następujących formach:

• Laminaty składające się z laminatów zawierających wyłącznie włókna jednokierunkowe i których kierunek włókien jest zorientowany równolegle lub prostopadle do osi obciążenia.
• Laminaty składające się wyłącznie z laminatów z włókien tekstylnych o kierunku osnowy zorientowanym równolegle lub prostopadle do osi obciążenia.
• Laminaty składające się wyłącznie z jednokierunkowych laminatów włóknistych i zawierające taką samą liczbę warstw zorientowanych pod kątem 0 i 90 stopni w zrównoważonym i symetrycznym układzie ułożenia, przy czym kierunek 0 stopni jest zorientowany równolegle lub prostopadle do osi obciążenia.
• Kompozyty wzmocnione krótkimi włóknami, w których większość włókien jest rozmieszczona losowo.

Ta koncepcja badania ścinania została pierwotnie opracowana bez odniesienia do orientacji włókien do stosowania w materiałach izotropowych, takich jak metale lub ceramika.

Norma „ ASTM D3878-23 Standardowa terminologia dla materiałów kompozytowych” definiuje terminy dotyczące włókien wysokomodułowych i ich kompozytów. Norma „ASTM D883-22 Standardowa terminologia dla tworzyw sztucznych” definiuje terminy dotyczące tworzyw sztucznych. Norma „ASTM E6-23a Standardowa terminologia dla metod badań mechanicznych” definiuje terminy dotyczące badań mechanicznych. Norma „ASTM E456-13 Standardowa terminologia dla jakości i statystyki” definiuje terminy dotyczące statystyki. W przypadku jakichkolwiek rozbieżności między terminami, norma ASTM D3878-23 ma pierwszeństwo przed innymi normami. Ponadto, następujące terminy i definicje specyficzne dla tej normy są również obowiązujące:

• Cięcie w płaszczyźnie to dowolna cecha skrawania opisująca reakcję wynikającą z siły skrawania lub odkształcenia przyłożonego do 1-2 płaszczyzn materiału.
• Ścinanie międzywarstwowe to dowolna właściwość ścinania opisująca reakcję wynikającą z siły ścinającej lub odkształcenia przyłożonego do 1-3 lub 2-3 płaszczyzn materiału.
• Układ współrzędnych materiału to kartezjański układ współrzędnych, który definiuje główny układ współrzędnych materiału, używając 1, 2 i 3 dla osi, jak pokazano na rysunku podanym w normie.
• Wartość nominalna to wartość nadawana w celu właściwej identyfikacji mierzalnej cechy, istniejąca jedynie z nazwy. Tolerancje można zastosować do wartości nominalnej, aby zdefiniować akceptowalny zakres dla danej cechy.
• Wytrzymałość na ścinanie to naprężenie ścinające przenoszone przez materiał w momencie pęknięcia w warunkach czystego ścinania. Nie ma standardowych metod badań, które umożliwiłyby uzyskanie idealnych warunków czystego naprężenia ścinającego dla każdego materiału, ale niektóre metody badań mogą być akceptowalnie zbliżone do konkretnego materiału i określonego celu inżynieryjnego.

Podczas wykonywania badania próbkę materiału w postaci prostokątnego płaskiego paska z symetrycznymi środkowymi wycięciami w kształcie litery V, pokazaną schematycznie na rysunku podanym w normie, ładuje się do maszyny wytrzymałościowej wyposażonej w specjalne urządzenie mocujące.

Próbkę umieszcza się w uchwycie z wycięciem wzdłuż linii efektu obciążenia za pomocą narzędzia wyrównującego, które odnosi się do uchwytu. Dwie połówki uchwytu są zaciskane przez maszynę testującą, monitorując siłę. Względne przemieszczenie pomiędzy dwiema połówkami mocowania obciąża próbkę z karbem. Umieszczając dwa elementy tensometru zorientowane pośrodku próbki (z dala od karbów) i wzdłuż osi obciążenia pod kątem plus/minus 45 stopni do osi obciążenia, można zmierzyć reakcję materiału na ścinanie.

Obciążenie można wyidealizować jako asymetryczne zginanie, jak pokazano na wykresach momentu ścinającego i momentu zginającego na rysunku. Nacięcia wpływają na naprężenia ścinające wzdłuż kierunku obciążenia, zapewniając bardziej równomierny rozkład, niż można by to zaobserwować bez nacięć. Choć stopień gładkości jest funkcją ortotropii materiału, najlepsze wyniki ogólne przy testowaniu w płaszczyźnie 1-2 uzyskano z laminatami typu [0/90]ns.

Ta metoda testowania ma na celu uzyskanie danych dotyczących właściwości ścinających w zakresie właściwości materiałów, badań i rozwoju, zapewniania jakości oraz projektowania i analiz konstrukcyjnych. W zależności od orientacji układu współrzędnych materiału względem osi obciążenia, można ocenić właściwości ścinania w płaszczyźnie lub między warstwami. Czynniki, które wpływają na reakcję na ścinanie i dlatego należy je podać, to: materiał, przygotowanie materiału i metody jego umieszczenia, kolejność układania próbek, przygotowanie próbki, kondycjonowanie próbki, środowisko testowe, ustawienie i przyczepność próbki, prędkość badania, czas przebywania w temperaturze, zawartość i objętość pustych przestrzeni wzmocnienie procentowe.

W materiałach anizotropowych cechy można uzyskać w dowolnej z sześciu możliwych płaszczyzn ścinania, kierując płaszczyznę testową próbki w stronę żądanej płaszczyzny materiału (1-2 lub 2-1, 1-3 lub 3-1, 2-3 lub 3 -2). Dla dowolnej próbki można ocenić tylko jedną płaszczyznę cięcia. Cechy kierunkowe testu, które można uzyskać dzięki tej metodzie testowania, obejmują:

• Reakcja na naprężenie ścinające/odkształcenie
• ostateczna siła
• ostateczne napięcie
• Moduł sprężystości cięciwy ścinanej

Sprzęt używany w testach obejmuje:

• Mikrometry i suwmiarki
• urządzenie do pomiaru kąta
• Urządzenie do pomiaru promienia
• Maszyna testująca (głowice maszyny testującej, mechanizm napędowy, miernik siły, płytki/adapter, uchwyt)
• Urządzenie wskazujące naprężenie (wybór podłączonego tensometru rezystancyjnego)
• pomieszczenie klimatyzacyjne
• Komora do testów środowiskowych

Wśród licznych badań, pomiarów, analiz i ocen przeprowadzonych dla przedsiębiorstw z różnych sektorów, nasza organizacja, dzięki przeszkolonemu i fachowemu personelowi oraz zaawansowanemu sprzętowi technologicznemu, opracowała standardową metodę badania właściwości skrawania materiałów kompozytowych za pomocą ASTM D5379/ Metoda belki z karbem V D5379M-19 Świadczy także usługi badawcze określone w „normach”.