ASTM D6641/D6641M Компрессионные свойства полимерных матричных композиционных материалов

Стандарт ASTM D6641/D6641M «Стандартный метод испытаний компрессионных свойств полимерных матричных композиционных материалов с использованием комбинированного испытательного приспособления для нагружения и сжатия (CLC)», разработанный Американским обществом по испытаниям и материалам (ASTM), описывает определение прочности на сжатие и твердости полимерных матричных композиционных материалов с использованием комбинированного испытательного приспособления для нагружения и сжатия (CLC). Данный метод испытаний применим к композитным материалам общего назначения, которые являются сбалансированными и симметричными.

Образец может быть без выступов (метод А) или с выступами (метод Б), в зависимости от требований. Для успешного испытания необходимо, чтобы концы образца не были раздавлены во время испытания. Образцы без выступов обычно подходят для материалов с низкой ортотропией, таких как ткани, композиты из рубленого волокна и ламинаты с максимальным содержанием ламината 0 градусов 50% или эквивалентные. Для материалов с более высокой ортотропией, включая однонаправленные композиты, обычно требуются выступы.

Сжимающее усилие прикладывается к образцу комбинированной торцевой и сдвиговой нагрузкой. Для сравнения, метод испытаний, описанный в ASTM D3410/D3410M, представляет собой метод испытания на сжатие при чистом сдвиге, а ASTM D695 включает метод испытания при чистом торцевом нагружении. Испытаниям могут подвергаться как однонаправленные (с ориентацией слоев 0 градусов) композиты, так и многонаправленные композитные ламинаты, тканевые композиты, композиты с рубленым волокном и аналогичные материалы.

Данный метод испытаний предназначен для получения данных о компрессионных свойствах материалов, исследований и разработок, обеспечения качества, а также проектирования и анализа конструкций. Образцы в форме плит (процедура B), обычно используемые при испытании однонаправленных композитов, аналогичны методу испытаний на сжатие при комбинированной нагрузке (CLC) (комбинированная торцевая сдвиговая нагрузка), стандарту ASTM D3410/D3410M (сдвиговая нагрузка) и стандарту ASTM D695 (торцевая нагрузка).

Преимущества комбинированного нагружения особенно очевидны при испытании материалов низкой прочности (Процедура А), где можно использовать образцы для комбинированного нагружения (CLC) без выступов. Успешное испытание образцов тех же материалов без выступов с использованием любого из двух других методов может оказаться невозможным. При испытании конкретных ламинатов данные о комбинированном нагружении (CLC) часто используются для определения прочности слоя под углом 0°, а для расчета прочности однонаправленного ламината под углом 0° используется теория ламинирования.

Факторы, влияющие на реакцию на сжатие, включают: тип материала, методы подготовки и размещения материала, порядок укладки образцов, их подготовку, условия испытаний, условия окружающей среды, скорость испытания, время при заданной температуре, пористость и процент армирования по объёму. Свойства композита в направлении испытания, которые можно получить с помощью этого метода, включают:

предел прочности на сжатие
предельное сжимающее напряжение
Модуль упругости при сжатии (линейный или хордовый)
Коэффициент Пуассона по давлению

В стандарте ASTM D6641 метод A и метод B относятся к двум различным процедурам измерения компрессионных свойств композитных материалов в зависимости от способа измерения деформации:

Метод A: Измерение деформации (с помощью тензорезисторов или экстензометров): Деформация измеряется с помощью тензорезисторов или экстензометра, приложенных непосредственно к испытуемому образцу. Этот метод позволяет определить модуль сжатия (E), коэффициент Пуассона и напряжённо-деформированное состояние, а также прочность на сжатие. В этих испытаниях используются осевые тензорезисторы или экстензометры. Дополнительно проводятся измерения поперечной деформации для определения коэффициента Пуассона. Преимущества этого метода, обеспечивает высокую точность определения модуля и полную кривую напряжения-деформации.
Метод B: Только прочность (без измерения растяжения): измеряется только прочность на сжатие; тензодатчики или экстензометры не используются. Этот метод уникален тем, что применяется только тогда, когда требуется предел прочности на сжатие. В этих испытаниях измеряется только нагрузка (с помощью тензодатчика на испытательной машине). Преимуществами этого метода являются простота настройки, а также скорость и дешевизна, когда не требуются данные о растяжении.

Коэффициент Пуассона выражает отношение пропорционального уменьшения поперечного размера к пропорциональному увеличению длины образца материала, находящегося в состоянии упругого напряжения. Коэффициент Пуассона является важнейшей константой в расчётах для определения свойств материалов (пластиков или металлов) при растяжении и деформации.

Метод А обеспечивает полную механическую характеристику, тогда как метод В обеспечивает быструю оценку прочности.

Комбинированное нагружение сжатием (CLC) относится к методу приложения сжимающей силы к испытуемому образцу с использованием комбинации:

Торцевая нагрузка (прямое осевое сжатие с торцов)
Сдвиговая нагрузка (сила, передаваемая от поверхностей образца посредством взаимодействия сдвига и захвата)

Данный метод используется для определения компрессионных свойств армированных волокном полимерных матричных композитов в стандарте ASTM D6641.

Испытание композитов на сжатие может быть проблематичным, если:

Выпучивание тонких образцов
Смятие в местах входа груза (на концах)
Проскальзывание или неравномерная нагрузка в удерживающих системах

Комбинированный подход к загрузке решает эти проблемы путем распределения нагрузки:

Торцевая нагрузка обеспечивает осевое сжимающее усилие
Сдвиговая нагрузка обеспечивает плавную передачу нагрузки через боковые ручки.

Преимущества комбинированного сжатия нагрузки включают в себя:

Минимизирует эйлеровскую деформацию (особенно в тонких образцах)
Уменьшает локальное сдавливание ручек или наконечников
Обеспечивает точное измерение прочности и модуля.
Может работать с однонаправленными и многонаправленными ламинатами
Обеспечивает последовательные и повторяемые результаты

Сочетает преимущества резки и торцевой загрузки

Наша организация, которая на протяжении многих лет оказывает поддержку предприятиям всех отраслей, предлагая широкий спектр услуг по испытаниям, измерениям, анализу и оценке, располагает сильной командой сотрудников, которые внимательно следят за мировыми достижениями в области науки и технологий и постоянно совершенствуются. В связи с этим мы также предоставляем услуги по испытаниям в соответствии со стандартом ASTM D6641/D6641M «Стандартный метод испытаний на сжатие композиционных материалов с полимерной матрицей с использованием испытательного приспособления на сжатие с комбинированной нагрузкой (CLC)».