Menguji komposit
Plastik fiber-reinforced (FRP) adalah material high-performance, yang karena sifat mekanik weight-specific sangat baik, fatik behaviour yang sangat baik, dan tingkat fleksibilitas yang tinggi dari sudut pandang desain, terutama digunakan untuk struktur ringan di sektor keaerospacean, energi angin, dan otomotif, serta berbagai industri lainnya. Umumnya, laminasi komposit multilayer yang terdiri dari lapisan individual digunakan untuk struktur thin-walled. Jenis fiber-reinforcement berkisar dari komposit searah (UD) fiber-reinforced kontinu, komposit scrim dan anyaman hingga FRP dengan serat penguat yang terputus-putus dan didistribusikan secara acak.
Jumlah besar pengujian komposit ada untuk karakterisasi mekanis bahan FRP untuk tujuan pengembangan bahan, kualifikasi bahan, atau jaminan kualitas, atau untuk penentuan nilai karakteristik untuk tata letak dan desain struktur komposit:
- Sifat mekanik pada arah beban utama lapisan tunggal serta nilai karakteristik yang sesuai dari laminasi komposit multilapis ditentukan dengan metode statis. tensile tests on composites, composites compression tests dan shear tests.
- Untuk tujuan jaminan kualitas, pengujian statis sederhana seperti flexure tests on composites atau tes untuk penentuan interlaminar shear strength (ILSS) umum digunakan.
- Untuk memahami perilaku delaminasi laminasi FRP berlapis pada umumnya, uji statis dilakukan untuk menentukan interlaminar energy release rate.
- Uji compression after impact (CAI) relevansi untuk struktur komposit yang digunakan di aerospace. Uji ini digunakan untuk menentukan kuat tekan statis sisa laminasi yang sudah rusak akibat pembebanan impak.
- Uji statik lainnya, yang diperlukan terutama untuk desain struktur, mencakup metode pengujian untuk menentukan bearing strength dan bonded strength atau bolted connections.
- Perilaku kelelahan material FRP dan komposit ditentukan dengan menggunakan pengujian dengan cyclic dynamic loading.
Metode pengujian komposit:
Tensile tests Compression tests Shear tests Flexure tests ILSS tests Interlaminar energy release rate Compression after impact (CAI) Bearing strength Fatigue test
Informasi tambahan tentang pengujian material komposit:
Sistem pengujian modular Pengujian komposit cryogenic Alignment services Customer projects
Video: Pengenalan pengujian komposit
Rekaman webinar Pengenalan pengujian komposit:
Pelajari lebih lanjut tentang metode pengujian dasar dan peralatan pengujian yang digunakan dalam pengujian material komposit untuk jaminan kualitas dan desain struktur komposit:
- Aplikasi material komposit (sesuai pada 3:28)
- Uji tarik dan alignment (sesuai pada 15:32)
- Uji kompresi (sesuai pada 20:25)
- Uji shear (sesuai pada 31:07)
- Uji flexure (sesuai pada 37:58)
- ILSS / kekuatan shear interlaminar (sesuai pada 42:21)
- Mesin uji statis termasuk alat uji (sesuai pada 45:26)
- Pengukuran pemanjangan dan defleksi (sesuai pada 49:40)
Pengujian tarik komposit
Pengujian tarik komposit digunakan untuk menentukan modulus tarik dan nilai karakteristik elastisitas rasio Poisson, serta kekuatan tarik dalam arah material utama plastik yang diperkuat serat.
- Metode pengujian yang paling umum untuk uji tarik komposit adalah ISO 527-4 & ISO 527-5, ASTM D3039, serta EN 2561 dan EN 2597.
- Standar pabrik airbus AITM1-0007 mencakup kondisi pengujian untuk uji tarik pada laminasi multidirectional tak berlekuk dan uji tarik takik untuk penentuan kekuatan tarik dengan menggunakan metode uji open hole tension (OHT) dan filled hole tension (FHT). Uji tegangan lubang terbuka dan lubang terisi dilakukan terutama untuk aplikasi kedirgantaraan untuk menentukan faktor reduksi untuk laminasi multidirectional di bawah pembebanan tarik lubang terbuka atau tertutup. Metode uji standar lainnya untuk menentukan kekuatan tarik lubang terbuka dan lubang terisi adalah ASTM D5766 dan ASTM D6742.
Pengujian kompresi komposit dan pengujian kompresi notched
Pengujian tarik komposit digunakan untuk menentukan modulus tarik dan nilai serta kekuatan tarik dalam arah material utama plastik yang diperkuat serat. Karena kekuatan tekan ke arah serat laminasi sering kali lebih kecil daripada kekuatan tarik, dan mode kegagalan laminasi FRP di bawah pembebanan tarik dan kompresi sangat berbeda, uji kompresi memainkan peran penting dalam pengujian komposit.
Berbagai macam metode pengujian dan standar pengujian tersedia untuk uji kompresi komposit, yang membedakan antara tiga prinsip aplikasi beban:
- Tes kompresi end loading sesuai dengan ASTM D695, DIN EN 2850 tipe B dna Boeing BSS 7260 tipe III dan IV
- Uji kompresi dengan shear loading untuk ASTM D3410, ISO 14126 Metode 1, DIN EN 2850 tipe A dan spesimen Airbus AITM1-0008 tipe A
- Uji kompresi dengan combined loading ke ASTM D6641, ASTM D6641, ISO 14126 Metode 2, dan spesimen Airbus AITM1-0008 tipe A
Selain metode pengujian yang disebutkan di atas untuk penentuan nilai kompresi laminasi unnotched, terdapat uji kompresi notched standar pada komposit untuk menentukan kekuatan kompresif open hole (OHC) untuk ASTM D6484 dan kekuatan kompresif filled hole (FHC) untuk ASTM D6742.
Seiring dengan sifat kompresi laminasi unnotched, faktor reduksi yang sesuai kemudian dapat ditentukan untuk laminasi multi arah di bawah pembebanan tekan. Uji kompresi notched dijelaskan lebih lanjut dalam standar industri Airbus AITM1-0008 tipe spesimen B, D dan C, serta dalam tipe I Boeing BSS 7260 .
Pengujian shear komposit
Uji shear komposit digunakan untuk menentukan karakteristik shear dalam bidang dari plastik yang diperkuat serat, seperti modulus shear dan kekuatan shear. Untuk material FRP dengan nilai karakteristik yang berbeda pada arah material utama, modulus shear harus selalu ditentukan dengan menggunakan uji shear terpisah dan tidak dapat dihitung dari nilai karakteristik elastis lainnya, seperti halnya pada material isotropik, misalnya.
Tiga metode pengujian yang berbeda telah ditetapkan untuk menentukan karakteristik shear dan perilaku shear:
- Uji tarik dengan laminasi ±45° sesuai dengan ISO 14129, ASTM D3518 dan Airbus AITM1-0002
- Uji shear balok V-notched (Iosipescu) sesuai dengan ASTM D5379
- Metode shear rel V-notched sesuai dengan ASTM D7078
Untuk uji tarik dengan laminasi ±45° (uji shear in-plane), pengaturan pengujian yang sama yang digunakan untuk uji tarik dapat digunakan. Namun demikian, pencatatan strain melintang, selain regangan aksial, wajib dilakukan untuk penghitungan strain shear.
Spesimen notched dan perlengkapan uji yang sesuai diperlukan untuk Iosipescu dan uji shear rel v-notched. Pengukuran strain biaksial juga diperlukan di sini. Pengukur regangan biaksial sering digunakan. Sebagai alternatif, regangan dapat diukur dengan menggunakan korelasi gambar digital (DIC).
Uji shear v-notched juga dapat digunakan untuk menentukan nilai geser di luar bidang, jika tersedia laminasi dengan ketebalan yang sesuai.
Pengujian flexure komposit
Karena pengaturan pengujian yang relatif sederhana, geometri spesimen dan proses pemesinan, serta kinerja pengujian, uji kelenturan komposit sering digunakan dalam jaminan kualitas untuk perbandingan material yang cepat. Ada perbedaan antara uji flexure 3 dan 4 titik. Metode uji standar yang umum digunakan untuk uji flexure pada plastik yang diperkuat serat adalah:
- Uji flexure 3 dan 4 titik untuk ISO 14125 dan ASTM D7264
- Uji flexure 3 titik untuk EN 2562, EN 2746 dan ASTM D790
- Uji flexure 4 titik untuk ASTM D6272
Jika kekakuan seluruh susunan pengujian memadai, atau jika flexure dalam susunan pengujian dapat ditentukan dan dikoreksi dalam software pengujian, penggunaan jarak tempuh alat berat sering kali diizinkan dalam uji flexure 3 titik.
Sebaliknya, uji flexure 4 titik memerlukan pengukuran defleksi di bagian tengah spesimen dengan menggunakan sistem pengukuran perpindahan yang sesuai.
Kekuatan shear interlaminar (ILSS)
Tes untuk menentukan kekuatan shear interlaminar (ILSS) adalah salah satu uji statis yang paling umum dilakukan untuk plastik yang diperkuat serat dan sering digunakan dalam jaminan kualitas. Hanya diperlukan spesimen yang cukup kecil, pengujiannya sendiri cepat dan mudah dilakukan, dan hanya gaya maksimum yang ditentukan dalam pengujian yang relevan untuk tujuan evaluasi.
Standar pengujian yang ditetapkan untuk tes ILSS adalah ISO 14130, EN 2377, EN 2563 dan ASTM D2344.
Keempat standar tersebut menggambarkan spesimen berbentuk persegi panjang, namun keempat standar tersebut dapat menggunakan dimensi yang berbeda untuk panjang, lebar, dan ketebalan spesimen. ASTM D2344 juga menjelaskan spesimen melengkung, seperti yang diambil dari vessel tekan atau dinding pipa.
Perlengkapan uji yang digunakan untuk uji ILSS harus dapat memenuhi toleransi pengaturan uji yang sangat rendah yang ditentukan oleh standar uji.
Pengujian untuk menentukan laju pelepasan energi interlaminar
Laju pelepasan energi kritis dan laju pelepasan energi selama pertumbuhan crack yang stabil ditentukan dengan menggunakan metode pengujian mekanika fraktur untuk memahami perilaku delaminasi laminasi komposit. Untuk membuat spesimen, diperlukan laminasi di mana air mata buatan dibuat di bidang tengah laminasi dengan menggunakan film plastik yang sangat tipis dan tidak berperekat (film Teflon sering digunakan).
Metode pengujian dengan pertumbuhan crack dengan pembebanan tarik tegak lurus terhadap permukaan crack (Mode I) dan metode pengujian dengan pertumbuhan crack dengan pembebanan shear pada penampang laminasi (Mode II) adalah yang paling umum dilakukan. Untuk kalibrasi metode numerik untuk perhitungan perambatan crack pada laminasi, terdapat metode uji tambahan berupa pembebanan mode campuran I+II:
- Mode I sebagai uji balok kantilever ganda (DCB) sesuai dengan ISO 15024, EN 6033, ASTM D5528, Airbus AITM1-0005 dan Boeing BSS 7273
- Mode II sebagai uji flexure berlekuk akhir (ENF) sesuai dengan ASTM D7905, EN 6034, Airbus AITM1-0006 dan Boeing BSS 7273
- Mode II sebagai uji pemisahan beban akhir yang dikalibrasi (C-ELS) sesuai dengan ISO 15114
- Mode campuran I+II sebagai uji pembengkokan mode campuran (MMB) sesuai dengan ASTM D6671
Uji kompresi setelah tumbukan (CAI)
Uji kompresi setelah tumbukan (CAI) adalah metode uji yang digunakan untuk menentukan kekuatan sisa tekan laminasi setelah kerusakan akibat tumbukan. Spesimen yang akan diuji telah dirusak sebelumnya dengan energi tumbukan yang ditentukan dalam standar pengujian masing-masing. Metode ini memungkinkan kesimpulan yang dapat diambil tentang toleransi kerusakan laminasi komposit untuk memastikan keamanan dan keandalan komponen, terutama pada struktur komposit yang berpotensi mengalami benturan dalam industri kedirgantaraan.
Metode pengujian berikut ini telah ditetapkan untuk pengujian CAI: ASTM D7136 dan ASTM D7137, ISO 18352, Airbus AITM1-0010 dan Tipe II Boeing BSS 7260.
Kekuatan bearing dan kekuatan sambungan
Selain nilai karakteristik mekanik dari laminasi plastik yang diperkuat serat itu sendiri, pengujian juga dilakukan untuk menentukan kekuatan sambungan untuk tujuan tata letak dan desain struktur komposit.
Metode uji standar yang digunakan untuk tujuan ini secara garis besar dapat dibagi ke dalam tiga area:
- Kekuatan ikatan perekat (uji shear putaran) sesuai dengan ASTM D5868, EN 6060 dan Airbus AITM1-0019
- Kekuatan sambungan baut atau studded dan uji respon bearingdengan pembebanan pada bidang laminasi sesuai dengan ASTM D5961, ASTM D7248, EN 6037, ISO 12815, Airbus AITM1-0009, AITM1-0065, dan AITM1-0067
- Resistensi tarikan pengikat dengan pembebanan tegak lurus terhadap bidang laminasi menurut ASTM D7332 dan Airbus AITM1-0066
Pengujian fatik komposit
Untuk menentukan perilaku fatik laminasi komposit dan mendapatkan kurva S-N, uji siklik dinamis biasanya dilakukan di bawah beban tarik berdenyut. Standar yang berlaku uji komposit dinamis adalah ASTM D3479 dan ISO 13003. ISO 13003 juga menjelaskan uji fatik komposit di bawah beban lentur siklik dinamis.
Metode pengujian komposit dinamis sterstandardisasi lainnya adalah:
- Tegangan lubang terbuka dan fatik kompresi lubang terbuka untuk ASTM D7615
- Pertumbuhan crack interlaminar di bawah beban fatik mode I untuk ASTM D6115
- Fatik sambungan baut dan uji respons bantalan dinamis terhadap ASTM D6873 dan Airbus AITM1-0074
- Airbus AITM1-0075 berisi ringkasan informasi tentang cara melakukan uji fatik ILSS, ILTS, OHT & OHC, FHT & FHC, pull-through, CAI, dan uji fatik putaran-geser.
Sistem pengujian modular untuk komposit
Laboratorium pengujian besar dengan tingkat throughput tinggi yang sesuai menggunakan beberapa mesin pengujian besar yang berbeda untuk metode pengujian individual untuk meminimalkan waktu dan biaya yang terlibat dalam pembangunan ulang. Metode uji standar dapat dibagi menjadi rentang gaya berikut:
- Gaya hingga 1 kN: uji lentur, tingkat pelepasan energi, uji tarik pada filamen tunggal
- Gaya hingga 10 kN: uji geser, misalnya, IPS, ILSS, and V-notch, uji tarik pada untaian filamen, uji tarik UD 90°, uji tarik pada arah ketebalan
- Memaksa hingga 100 kN UD 0° uji tarik, uji tarik MD untuk ketebalan laminasi yang lebih rendah, uji kompresi sesuai standar ISO, ASTM dan EN, uji kompresi takik, uji tekanan bantalan
- Kekuatan lebih dari 100 kN: uji tarik dan kompresi sesuai standar Airbus dengan ketebalan laminasi yang sesuai, kompresi setelah impak
Jika laju throughput tidak cukup tinggi atau tidak konsisten sehingga membuat investasi dalam beberapa mesin pengujian masuk akal, opsi alternatif adalah dengan melengkapi satu mesin pengujian sehingga dimungkinkan untuk melakukan sebanyak mungkin metode uji dengan upaya pembangunan ulang yang paling sedikit.
ZwickRoell telah mengembangkan konsep mesin uji modular untuk mesin uji elektromekanis dan mesin uji servohidraulik untuk memenuhi kebutuhan yang berbeda ini. Keuntungan dari sistem modular ini sangat jelas: semua perlengkapan dan peralatan, ekstensometer, software, panel pelindung, dan temperatur chamber adalah modular dan didesain untuk bekerja bersama. Fakta bahwa setiap komponen dapat dipasang kembali, juga membuat sistem ini tahan terhadap masa depan ...
