Método de teste padrão ASTM D7136/D7136M-12 para medir a resistência a danos de compósitos de matriz polimérica reforçada com fibra em eventos de impacto de queda de peso

O padrão “Método de teste padrão ASTM D7136/D7136M-12 para medir a resistência a danos de compósitos de matriz polimérica reforçada com fibras a um evento de impacto de queda de peso” publicado pela Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM) descreve um método de teste para determinar a resistência a danos de laminados compostos de matriz polimérica multidirecional submetidos a um evento de impacto de queda de peso. As formas de materiais compostos são limitadas a compósitos de matriz polimérica comprimida de fibras contínuas com uma gama de laminados de teste e espessuras aceitáveis definidos nesta norma. Instruções para modificar esses procedimentos para determinar as propriedades de resistência a danos de estruturas sanduíche estão incluídas na norma ASTM D7766/D7766M.

Uma placa composta plana e retangular é submetida a um impacto intenso fora do plano usando um dispositivo de queda de peso com um impactador hemisférico. A energia potencial do peso de impacto, definida pela massa do impactador e pela altura da queda, é especificada antes do teste. Equipamentos e procedimentos são fornecidos para medição opcional da força de contato e velocidade durante o evento de impacto. A resistência a danos é determinada quantitativamente em termos da extensão e do tipo de dano que ocorre na amostra.

Este método de teste pode ser usado para avaliar a resistência a danos de materiais ou para danificar uma amostra para testes subsequentes de tolerância a danos. Quando a placa de impacto é testada de acordo com o método de teste padrão ASTM D7137/D7137M, a sequência geral de teste é geralmente chamada de método de compressão pós-impacto. A indentação quase estática de acordo com o método de teste padrão ASTM D6264/D6264M pode ser usada como um método alternativo para induzir danos a partir de uma força fora do plano e medir propriedades de resistência a danos.

As propriedades de resistência a danos estabelecidas por este método de teste são altamente dependentes de vários fatores, como geometria da amostra, camadas, geometria de impacto, massa de impacto, força de impacto, energia de impacto e condições de contorno. Portanto, os resultados geralmente não são escaláveis para outras configurações e são específicos para a combinação de condições geométricas e físicas testadas.

Para os fins desta norma, aplicam-se os seguintes termos e definições:

A profundidade do entalhe se refere à profundidade restante da depressão criada por um impactador após o evento de impacto. A profundidade do entalhe deve ser definida como a distância máxima em uma direção perpendicular à face da amostra, do ponto mais baixo do entalhe até o plano da superfície impactada que não é perturbado pelo entalhe.
Valor nominal é um valor atribuído a uma propriedade mensurável para fins de identificação conveniente, existindo apenas no nome. Tolerâncias podem ser aplicadas a um valor nominal para definir um intervalo aceitável para o recurso.
O sistema de coordenadas do material pai é um sistema de coordenadas cujos eixos são perpendiculares aos planos de simetria específicos de um material.
A força de contato registrada é a força aplicada à amostra pelo impactador durante o evento de impacto, conforme registrado por um dinamômetro.
O sistema de coordenadas de referência é um sistema de coordenadas para compósitos laminados usado para definir orientações de camadas.
A ponta de impacto é a parte ou componente de uma ferramenta de impacto que primeiro entra em contato com o espécime de teste durante o evento de impacto.

Um teste de impacto de queda de peso é realizado usando uma placa laminada simétrica e balanceada. O dano é causado por um impacto concentrado e fora do plano (perpendicular ao plano do laminado) usando um peso de queda com ponta hemisférica. A resistência a danos é determinada quantitativamente em termos da extensão e do tipo de dano ocorrido na amostra. A resposta a danos é uma função da configuração do teste; comparações não podem ser feitas entre materiais, a menos que as mesmas configurações de teste, condições de teste e condições semelhantes sejam usadas.

Procedimentos opcionais são fornecidos para registrar a velocidade de impacto e a força de contato aplicada em relação aos dados do histórico de tempo. Os estados de dano preferenciais resultantes do impacto estão localizados no centro da placa, longe o suficiente das bordas da placa para que os estados de tensão locais nas bordas e no local do impacto não interajam durante o evento de geração de dano.

A suscetibilidade a danos causados por forças de impacto concentradas fora do plano é uma das principais preocupações de projeto de muitas estruturas construídas com laminados compostos avançados. Conhecer as propriedades de resistência a danos de uma placa composta laminada é útil para o desenvolvimento de produtos e seleção de materiais.

O teste de impacto de queda de peso pode atender aos seguintes propósitos:

Quantificar os efeitos da sequência de empilhamento, tratamento da superfície da fibra, alterações na fração do volume da fibra e variáveis de processamento e ambientais na resistência a danos de um determinado laminado composto a uma força ou energia de impacto de queda de peso concentrada.
Comparar quantitativamente os valores relativos dos parâmetros de resistência a danos para materiais compósitos com diferentes componentes. Os parâmetros de resposta a danos podem incluir profundidade de esmagamento, dimensões dos danos e localizações através da espessura, além de curva força-tempo.
Para danificar uma amostra para testes subsequentes de tolerância a danos (por exemplo, método de teste padrão ASTM D7137/D7137M).

As propriedades obtidas usando este método de teste podem fornecer orientação sobre a resistência esperada a danos.

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