Zkouška GIc / DCB podle ASTM D5528 a ISO 15024
Zkoušku G1c podle normy ASTM D5528 nebo ISO 15024 lze použít ke stanovení kritické rychlosti uvolňování interlaminární energie kompozitních laminátů pro vznik a šíření trhlin v laminátu při zatížení v módu I. Na základě geometrie používaného zkušebního tělesa se tato zkouška často označuje jako zkouška DCB (Double Cantilever Beam) – zkouška dvojitého konzolového nosníku.
Vzhledem k důležitosti této zkušební metody a vlastnostem materiálu existují v leteckém průmyslu pro návrh a konstrukci kompozitních struktur také speciální průmyslové normy Airbus (AITM 1-0005) a Boeing (BSS 7273). Ty však používají jiný postup pro výpočet výsledků než normy ASTM D5528 a ISO 15024, tzv. metodu plochy.
Účel & oblasti použití Vzorky DCB Průběh zkoušky Video Zkušební stroje a příslušenství Ke stažení Požádat o konzultaci
Účel a oblasti použití zkoušky GIc
Delaminace u kompozitů vyztužených vlákny znamená oddělování nebo rozpojování jednotlivých vrstev v laminátu. Tento typ poškození negativně ovlivňuje mechanické vlastnosti laminátu, a proto je pro konstrukce z kompozitních materiálů obzvláště kritický.
Při nepříznivém zatížení a při dosažení kritické hodnoty rychlosti uvolňování energie mezi vrstvami daného kompozitního materiálu dochází v laminátu k šíření trhliny. Pokud je to způsobeno tahovou silou, která působí kolmo k rovině trhliny, jedná se o zatížení v módu I.
Ke spolehlivému stanovení hodnot kritické rychlosti uvolňování interlaminární energie při zatížení v módu I pro vznik a šíření trhlin lze použít také zkoušku DCB (dvojitého konzolového nosníku) podle ASTM D5528 nebo ISO 15024.
Vzorek pro zkoušku DCB – zkouška dvojitého konzolového nosníku
Vzorek pro zkoušku DCB, zkoušku dvojitého konzolového nosníku, podle ASTM D5528 a ISO 15024 je vyroben z kompozitní desky s tenkou separační fólií vloženou na jedné straně v rovině symetrie laminátu. Z této desky se následně odebírají vzorky, které pak lze na straně s laminátovou trhlinou rozevřít ohybem jako nosník (odtud název dvojitý konzolový nosník), zatímco ve zbývající části vzorku jsou jednotlivé vrstvy kompozitu stále spojeny.
Pro aplikaci zatížení se na vzorek obvykle připevňují nalepovací bloky nebo sklopné záložky. Na okraj vzorku se podle příslušných specifikací nanášejí značky, které umožňují vizuální sledování postupu šíření trhliny během zkoušky.
Průběh zkoušky podle ASTM D5528 & ISO 15024
Prvky pro přenos zatížení na vzorek DCB (zatěžovací bloky nebo výkyvné záložky) jsou upevněny k upínacím čelistem zkušebního stroje. Trhlina vzniklá na konci vrstvené separační fólie často není dostatečně ostrá a může vést k nepřesnému stanovení hodnoty G1C. Proto se trhlina nejprve mírně rozšíří, čímž se vytvoří ostrá iniciační trhlina. Její délka se přesně změří a následně se vzorek zcela odlehčí. Ve druhé fázi zkoušky DCB se vzorek znovu zatěžuje až do okamžiku, kdy trhlina dosáhne konce příčně nanesených referenčních značek.
V normě ISO 15024 jsou popsána tři různá kritéria pro iniciační hodnotu kritické rychlosti uvolňování energie (platí pro iniciační trhlinu a pro úplné šíření trhliny):
- Vznik nelinearity (NL): V případě čistě pružné deformace polovin vzorku je křivka síla-dráha při zkoušce zpočátku lineární. Dvojice hodnot síla-dráha, kde dochází ke vzniku nelinearity, se použije pro výpočet iniciační hodnoty.
- Viditelné šíření trhliny (VIS): Dvojice hodnot síla-dráha na křivce síla-dráha, při které se trhlina začne viditelně šířit, se použije pro výpočet iniciační hodnoty.
- Kritérium poddajnosti (5 % nebo maximum): Pro toto kritérium se určí dvojice hodnot síla-dráha, při které se poddajnost původně lineární části křivky síla-dráha sníží o 5 %. Pokud je dosaženo maximální síly dříve, použije se pro výpočet odpovídající dvojice hodnot síla-dráha.
Počáteční délka trhliny se použije pro příslušnou iniciační hodnotu (od laminátové trhliny nebo od iniciační trhliny). V současném vydání normy ASTM D5528 se pro stanovení iniciační hodnoty kritické míry uvolňování energie používá pouze kritérium poddajnosti.
Hodnoty šíření jsou určovány na základě délek trhlin a odpovídajících dvojic hodnot síla-dráha v místech aplikovaných značek na bočních stranách vzorku. Šíření trhliny se sleduje na boční straně vzorku. Je velmi důležité synchronizovat záznam síly, dráhy a délky trhliny.
Délka trhliny může být analyzována ručně operátorem, který sleduje postup trhliny pomocí lupy, nebo počítačově pomocí videozáznamu.
Pro výpočet R-křivky (kritická rychlost uvolňování energie vynesená do grafu v závislosti na délce trhliny, zahrnuje hodnoty iniciace a šíření) se v obou normách používají různé metody vyhodnocení:
- Norma ISO 15024 obsahuje postupy pro výpočet založené na teorii korigovaného nosníku (CBT) a podle metody modifikované kalibrace shody (MCC).
- Norma ASTM D5528 používá metodu Compliance Calibration (CC) a v příloze uvádí další metody. Redukce na metodu CC byla v tomto případě provedena za účelem zajištění srovnatelnosti hodnot lomové houževnatosti G2c podle normy ASTM D7905 pro zatěžování v módu II.
Vybavení potřebné pro zkoušky GIc podle ISO 12111 a ASTM D5528
Jednosloupový stolní zkušební stroj ZwickRoell zwickiLine je vhodný zejména pro zkoušku GIc podle norem ASTM D5528 a ISO 15024.
Použití motorizovaného systému videozáznamu pro zkoušky G1c umožňuje sledovatelné a pohodlnější měření šíření trhlin. Pomocí digitální kamery se zaznamenává šíření trhliny podél vzorku a vytváří se záznam celé zkoušky. Pomocí vytvořeného videozáznamu lze v případě pochybností zpětně zkontrolovat každou jednotlivou zkoušku a pokud dojde k šíření trhliny, je možné naměřené hodnoty korigovat.
Zkušební software testXpert výrazně zjednodušuje provádění a vyhodnocování zkoušky G1c. Na jedné straně je k testXpert připojena kamera, takže lze na obrazovce pohodlně sledovat postup trhliny. Na druhé straně má testXpert přednastavené standardní programy, které obsahují všechny metody pro výpočet hodnot počátku a šíření kritické rychlosti uvolňování energie v mezilaminárním prostoru podle specifikace v normách D5528 nebo ISO 15024.
