Propriedades de compressão de materiais compósitos de matriz polimérica ASTM D6641/D6641M

A norma "ASTM D6641/D6641M Método de Ensaio Padrão para Propriedades Compressivas de Materiais Compósitos de Matriz Polimérica Usando um Dispositivo de Ensaio Combinado de Carga-Compressão (CLC)", desenvolvida pela Sociedade Americana de Ensaios e Materiais (ASTM), descreve as propriedades de resistência à compressão e dureza de materiais compósitos de matriz polimérica usando um dispositivo de ensaio combinado de carga-compressão (CLC). Este método de ensaio é aplicável a compósitos em geral, balanceados e simétricos.

O corpo de prova pode ser sem abas (Método A) ou com abas (Método B), conforme necessário. Um requisito para o sucesso do teste é que as extremidades do corpo de prova não sejam esmagadas durante o teste. Corpos de prova sem abas são geralmente adequados para uso com materiais de baixa ortotropia, como tecidos, compósitos de fibras cortadas e laminados com no máximo 50% de laminação a 0 grau ou equivalente. Materiais com maior ortotropia, incluindo compósitos unidirecionais, geralmente requerem abas.

A força compressiva é introduzida na amostra por meio de cargas combinadas de extremidade e cisalhamento. Em comparação, o método de ensaio descrito na norma ASTM D3410/D3410M é um método de ensaio de compressão com carga de cisalhamento puro, enquanto a norma ASTM D695 inclui um método de ensaio com carga de extremidade pura. Podem ser ensaiados compósitos unidirecionais (orientação da camada de 0 grau) e laminados compósitos multidirecionais, compósitos de tecido, compósitos de fibra cortada e materiais similares.

Este método de ensaio foi desenvolvido para produzir dados de propriedades compressivas para propriedades de materiais, pesquisa e desenvolvimento, garantia de qualidade e projeto e análise estrutural. Corpos de prova tabulares (Procedimento B), normalmente utilizados em ensaios de compósitos unidirecionais, são semelhantes ao método de ensaio de compressão por carga combinada (CLC) (carga final de cisalhamento combinada), à norma ASTM D3410/D3410M (carga de cisalhamento) e à norma ASTM D695 (carga final).

Os benefícios da carga combinada tornam-se particularmente evidentes ao testar materiais de menor resistência (Procedimento A), onde podem ser utilizados corpos de prova de compressão por carga combinada (CLC) sem aba. Pode não ser possível testar com sucesso corpos de prova sem aba dos mesmos materiais usando qualquer um dos outros dois métodos. Ao testar laminados específicos, dados de compressão por carga combinada (CLC) são frequentemente utilizados para deduzir a resistência da camada a 0 grau, e a teoria da laminação é utilizada para calcular a resistência unidirecional do laminado a 0 grau.

Os fatores que afetam a resposta à compressão incluem: tipo de material, métodos de preparação e posicionamento do material, ordem de empilhamento das amostras, preparação da amostra, condicionamento da amostra, ambiente de teste, velocidade do teste, tempo na temperatura, conteúdo de vazios e porcentagem de reforço volumétrico. As propriedades do compósito na direção do teste que podem ser obtidas com este método de teste incluem:

resistência à compressão final
estresse compressivo final
Módulo de elasticidade compressivo (linear ou de corda)
Razão de Poisson na pressão

Na norma ASTM D6641, o Método A e o Método B referem-se a dois procedimentos diferentes para medir propriedades compressivas de materiais compósitos, dependendo de como a deformação é medida:

Método A: Medição de deformação (com extensômetros ou extensômetros): A deformação é medida usando extensômetros ou um extensômetro aplicado diretamente ao corpo de prova. Este método permite a determinação do módulo de compressão (E), do coeficiente de Poisson e do comportamento tensão-deformação, além da resistência à compressão. Extensômetros axiais ou extensômetros são utilizados nesses ensaios. Medições de deformação transversal são opcionalmente realizadas para determinar o coeficiente de Poisson. Vantagens deste método, fornece alta precisão na determinação do módulo e curva completa de tensão-deformação.
Método B: Somente resistência (sem medição de tensão): Apenas a resistência à compressão é medida; não são utilizados extensômetros ou extensômetros. Este método é único por ser utilizado apenas quando a resistência à compressão máxima é necessária. Nesses ensaios, apenas a carga é medida (por meio de uma célula de carga na máquina de ensaio). As vantagens desse método são sua configuração mais simples e sua natureza mais rápida e econômica quando os dados de tensão não são necessários.

O coeficiente de Poisson expressa a razão entre a diminuição proporcional na dimensão lateral e o aumento proporcional no comprimento de uma amostra de material tensionado elasticamente. O coeficiente de Poisson é uma constante essencial em análises para determinar as propriedades de tração e deflexão de materiais (plásticos ou metais).

O Método A fornece caracterização mecânica completa, enquanto o Método B fornece avaliação rápida de resistência.

A compressão de carga combinada (CLC) refere-se ao método de aplicação de força compressiva a um corpo de prova usando uma combinação de:

Carregamento final (compressão axial direta das extremidades)
Carga de cisalhamento (força transferida das superfícies da amostra através da interação cisalhamento-preensão)

Esta técnica é usada para determinar as propriedades de compressão de compósitos de matriz polimérica reforçada com fibras no padrão ASTM D6641.

Os testes de compressão de compósitos podem ser problemáticos quando:

Flambagem de amostras finas
Esmagamento nos pontos de entrada de carga (extremidades)
Deslizamento ou carga irregular em sistemas baseados em retenção

A abordagem de carregamento combinado aborda essas questões distribuindo a carga:

A carga final fornece força de compressão axial
A carga de cisalhamento ajuda a transferir a carga suavemente através das garras laterais

Os benefícios da compressão de carga combinada incluem:

Minimiza a flambagem de Euler (especialmente em amostras finas)
Reduz o esmagamento localizado em cabos ou pontas
Fornece medição precisa de resistência e módulo
Pode acomodar laminados unidirecionais e multidirecionais
Fornece resultados consistentes e repetíveis

Combina as vantagens do corte e do carregamento final

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