ASTM D7136/D7136M-12 Standardowa metoda testowa do pomiaru odporności na uszkodzenia kompozytu matrycy polimerowej wzmocnionej włóknami na uderzenie spadającego ciężarka

Norma „ASTM D7136/D7136M-12 Standardowa metoda badania odporności na uszkodzenia kompozytu polimerowego wzmocnionego włóknami na uderzenie spadającego ciężaru” opublikowana przez Amerykańskie Towarzystwo Badań i Materiałów (ASTM) opisuje metodę badania służącą do określania odporności na uszkodzenia laminatów kompozytowych z wielokierunkową matrycą polimerową poddanych uderzeniu spadającego ciężaru. Formy materiałów kompozytowych ograniczają się do kompozytów z matrycą polimerową składającą się z ciągłych włókien sprasowanych, przy czym w niniejszej normie określono dopuszczalny zakres laminatów testowych i grubości. Instrukcje dotyczące modyfikacji tych procedur w celu określenia odporności na uszkodzenia struktur warstwowych zawarto w normach ASTM D7766/D7766M.

Płaska, prostokątna płyta kompozytowa jest poddawana silnemu uderzeniu poza płaszczyzną za pomocą urządzenia z ciężarkiem z półkulistym elementem uderzającym. Przed rozpoczęciem badania określa się energię potencjalną ciężarka uderzeniowego, określoną na podstawie masy przedmiotu uderzającego i wysokości upadku. Dostępny jest sprzęt i procedury umożliwiające opcjonalny pomiar siły nacisku i prędkości podczas uderzenia. Odporność na uszkodzenia określa się ilościowo na podstawie rozmiaru i rodzaju uszkodzeń występujących w próbce.

Tę metodę badawczą można stosować do badania odporności materiałów na uszkodzenia lub do uszkodzenia próbki w celu późniejszego zbadania tolerancji uszkodzeń. Jeżeli płyta uderzeniowa jest testowana zgodnie ze standardową metodą badawczą ASTM D7137/D7137M, ogólną sekwencję badań określa się zazwyczaj mianem metody ściskania po uderzeniu. Kwazistatyczna metoda badania wgniecenia zgodnie ze standardową metodą ASTM D6264/D6264M może być stosowana jako alternatywna metoda wywoływania uszkodzeń spowodowanych siłą spoza płaszczyzny oraz pomiaru odporności na uszkodzenia.

Właściwości odporności na uszkodzenia, określone tą metodą badawczą, w dużym stopniu zależą od różnych czynników, takich jak geometria próbki, warstwowość, geometria uderzenia, masa uderzenia, siła uderzenia, energia uderzenia i warunki brzegowe. W związku z tym wyniki nie są zazwyczaj skalowalne do innych konfiguracji i zależą od kombinacji testowanych warunków geometrycznych i fizycznych.

Na potrzeby niniejszego standardu mają zastosowanie następujące terminy i definicje:

• Głębokość karbu odnosi się do głębokości wgłębienia pozostałego po uderzeniu obiektu. Głębokość karbu należy określić jako maksymalną odległość w kierunku prostopadłym do powierzchni próbki, od najniższego punktu karbu do płaszczyzny powierzchni uderzeniowej, która nie jest naruszona przez karb.
• Wartość nominalna to wartość przypisana mierzalnej właściwości w celu łatwej identyfikacji, istniejąca tylko z nazwy. Tolerancje można stosować do wartości nominalnej w celu zdefiniowania akceptowalnego zakresu danej funkcji.
• Układ współrzędnych materiału macierzystego to układ współrzędnych, którego osie są prostopadłe do płaszczyzn symetrii charakterystycznych dla danego materiału.
• Zarejestrowana siła kontaktowa to siła, jaką uderzacz wywiera na próbkę w trakcie uderzenia, zarejestrowana przez siłomierz.
• Układ współrzędnych odniesienia to układ współrzędnych dla kompozytów laminowanych, stosowany do określania orientacji warstw.
• Końcówka udarowa to część lub element narzędzia udarowego, który jako pierwszy styka się z badaną próbką podczas uderzenia.

Badanie wytrzymałości na uderzenie ciężarkiem spadowym przeprowadza się przy użyciu zrównoważonej, symetrycznej płyty laminowanej. Uszkodzenie następuje poprzez skoncentrowane uderzenie poza płaszczyzną (prostopadle do płaszczyzny laminatu) przy użyciu ciężarka o półkulistej końcówce. Odporność na uszkodzenia określa się ilościowo na podstawie rozmiaru i rodzaju uszkodzeń występujących w próbce. Reakcja na uszkodzenia jest funkcją konfiguracji testu; nie można dokonywać porównań między materiałami, jeśli nie zostaną użyte takie same konfiguracje testów, warunki testu i podobne warunki.

Dostępne są opcjonalne procedury rejestrowania prędkości uderzenia i przyłożonej siły kontaktowej w odniesieniu do danych historycznych. Preferowane stany uszkodzeń będące wynikiem uderzenia znajdują się w środku płyty, wystarczająco daleko od jej krawędzi, aby lokalne stany naprężeń na krawędziach i w miejscu uderzenia nie oddziaływały na siebie podczas zdarzenia powodującego uszkodzenie.

Jednym z głównych problemów projektowych wielu konstrukcji wykonanych z zaawansowanych laminatów kompozytowych jest podatność na uszkodzenia spowodowane skoncentrowanymi siłami uderzenia skierowanymi poza płaszczyznę. Znajomość właściwości płyty kompozytowej laminowanej pod kątem odporności na uszkodzenia jest przydatna przy opracowywaniu produktu i doborze materiałów.

Badanie wytrzymałości na uderzenia ciężarkiem spadowym może służyć następującym celom:

• Aby określić ilościowo wpływ kolejności układania włókien, obróbki powierzchni włókien, zmian ułamka objętościowego włókien oraz zmiennych przetwarzania i środowiskowych na odporność danego laminatu kompozytowego na uszkodzenia spowodowane siłą lub energią uderzenia skoncentrowanej kropli ciężarka.
• Ilościowe porównanie względnych wartości parametrów odporności na uszkodzenia materiałów kompozytowych o różnych składnikach. Parametry reakcji na uszkodzenia mogą obejmować głębokość zgniatania, wymiary uszkodzeń i lokalizacje przez grubość materiału oraz krzywą siły w czasie.
• Uszkodzenie próbki w celu późniejszego sprawdzenia tolerancji uszkodzeń (np. standardowa metoda badawcza ASTM D7137/D7137M).

Właściwości uzyskane przy zastosowaniu tej metody badawczej mogą stanowić wskazówkę co do oczekiwanej odporności na uszkodzenia.

Nasza organizacja, która od lat stara się wspierać przedsiębiorstwa z każdej branży, realizując szeroką gamę badań testowych, pomiarowych, analitycznych i ewaluacyjnych, dysponuje silną kadrą, która uważnie śledzi rozwój nauki i techniki na świecie oraz nieustannie się doskonali. W tym kontekście usługi testowe są również świadczone przedsiębiorstwom zgodnie z normą „ASTM D7136/D7136M-12 Standardowa metoda testowania do pomiaru odporności na uszkodzenia kompozytu polimerowego wzmocnionego włóknami w wyniku uderzenia spadającym ciężarem”.