GIc test / DCB test volgens ASTM D5528 en ISO 15024
De G1c test volgens ASTM D5528 of ISO 15024 is geschikt voor het bepalen van de kritieke interlaminaire energie-afgiftesnelheid van composietlaminaten voor scheurvorming en scheurgroei in het laminaat onder mode I belasting. Door de gebruikte samplegeometrie wordt de test vaak DCB (double cantilever beam) test genoemd.
Door het belang van deze testmethode en deze materiaaleigenschap bij de productie en het ontwerp van composietstructuren in de lucht- en ruimtevaart, bestaan er ook speciale industrienormen voor Airbus (AITM 1-0005) en Boeing (BSS 7273). In vergelijking met ASTM D5528 en ISO 15024 gebruiken ze echter een verschillende procedure voor de berekening van de resultaten die gekend staat als de oppervlaktemethode.
Doel & toepassingen DCB sample Uitvoeren van een test Video Testuitrusting Downloads Vraag een gesprek
Doel en toepassingen van de GIc test
Delaminatie in vezelversterkte composieten betekent het loslaten van niet-verbonden individuele lagen in een laminaat. Dergelijke schade of defecten reduceren de mechanische eigenschappen van het laminaat en zijn daardoor kritiek voor composietstructuren.
Bij ongunstige belasting en het overschrijden van de kritieke waarde voor de interlaminaire energie-afgiftesnelheid van het composiet, ontstaat een scheur in het laminaat. Als dit gebeurt onder invloed van een trekkracht loodrecht op het scheurvlak, wordt dit mode I belasting genoemd.
Met de DCB test (Double Cantilever Beam) volgens ASTM D5528 of ISO 15024, kunnen de scheurvorming en scheurgroeiwaarden van de kritische interlaminaire energie-afgiftesnelheid onder mode I belasting betrouwbaar bepaald worden.
Double Cantilever Beam (DCB) sample
Het Double Cantilever Beam (DCB) sample volgens ASTM D5528 en ISO 15024 is gemaakt uit een plaatvormig composietsample met een dunne scheidingsfilm in het symmetrievlak aan één kant van het sample. De samples kunnen opengebogen worden aan de kant met de gelamineerde scheur (vandaar de benaming), terwijl de individuele lagen van het composiet nog contact maken met het andere deel van het sample.
Normaal gezien worden er blokjes of scharnierende plaatjes op het sample gekleefd voor het belasten. Op de rand van het sample worden markeringen aangebracht volgens de specificaties van de relevante norm om visueel de groei van de scheur te volgen tijdens de test.
Uitvoeren van een test volgens ASTM D5528 & ISO 15024
De krachtinleidingselementen van het DCB sample (belastingsblokken of scharnierende stroken) zijn verbonden met de sampleklemmen van de testmachine. Aangezien de gefabriceerde scheur aan het uiteinde van de gelamineerde lossingsfolie vaak niet scherp genoeg is, levert deze een niet-representatieve G1c waarde. Daarom wordt de scheur eerst enigszins geopend en wordt een scherpe initiële scheur gemaakt. De lengte van de initiële scheur wordt precies bepaald, waarna de belasting wordt weggenomen van het sample. In het tweede deel van de DCB test wordt het sample opnieuw belast tot de scheur het einde van de laterale markeringen bereikt.
In ISO 15024 worden drie verschillende criteria beschreven voor de beginwaarde van de kritische energie-afgiftesnelheid (zowel van toepassing voor initiële scheur als voor volle scheurgroei):
- Begin van niet-lineariteit (NL): Tijdens de pure elastische vervorming van de samplehelften is de kracht/verplaatsingscurve in het begin lineair. Het kracht/verplaatsingspunt waarbij de niet-lineariteit van de kracht/verplaatsingscurve begint, wordt gebruikt voor de berekening van de aanvangswaarde.
- Zichtbare scheurgroei (VIS): Het kracht/verplaatsingspunt op de kracht/verplaatsingscurve waarbij de scheurgroei zichtbaar begint, wordt gebruikt om de aanvangswaarde te berekenen.
- Conformiteitscriterium (5% of max): Voor dit criterium wordt het kracht/verplaatsingspunt bepaald waarbij de conformiteit van het originele punt van de kracht/verplaatsingscurve gereduceerd wordt met 5%. Als de maximale kracht al voordien bepaald wordt, geldt dit kracht/verplaatsingspunt.
De initiële scheurlengte wordt gebruikt voor de respectievelijke aanvangswaarde (van gelamineerde scheur of initiële scheur). In de huidige versie van ASTM D5528, wordt enkel het conformiteitscriterium gebruikt om de initiële waarde voor de kritische energie-afgiftesnelheid te bepalen.
Groeiwaarden worden bepaald voor scheurlengten en de daarbij horende kracht/verplaatsingspunten via de markeringen aan de zijkanten. De scheurgroei wordt visueel aan de zijkant van het monster gevolgd. Het is zeer belangrijk dat de registratie van kracht, verplaatsing en scheurlengte synchroon gebeurt.
De scheurlengte kan manueel geëvalueerd worden door een operator die de scheurgroei volgt met behulp van een vergrootglas of computergestuurd met een video-opnamesysteem.
In de normen worden verschillende evaluatiemethoden gebruikt om de R-curve te berekenen (kritische energie-afgiftesnelheid tegenover de scheurlengte, omvat initiële waarden en groeiwaarden):
- ISO 15024 bevat berekeningen volgens de Corrected Beam Theory (CBT) en volgens de Modified Compliance Calibration (MCC) methode.
- ASTM D5528 gebruikt de Compliance Calibration (CC) methode en vermeldt andere methoden in de appendix. De beperking tot de CC methode gebeurde om de vergelijkbaarheid te verzekeren tussen de G2c waarden bepaald volgens ASTM D7905 onder mode II belasting.
Testuitrusting voor de GIc test volgens ASTM D5528 en ISO 15024
De ZwickRoell enkelkoloms tafelmodel testmachine is bijzonder geschikt voor de GIc test volgens ASTM D5528 en ISO 15024.
Dankzij het gemotoriseerde video-opnamesysteem voor G1c tests worden scheurgroeimetingen traceerbaar en handiger. Een digitale camera wordt gebruikt om de groei van de scheur langs het sample te volgen, en een video te creëren van de volledige test. Met de video-opname kan elke individuele test achteraf herbekeken worden in geval van twijfel, en kunnen de meetwaarden gecorrigeerd worden terwijl de scheur groeit.
De testXpert testsoftware vereenvoudigt het uitvoeren en evalueren van de G1c test. Enerzijds wordt de camera verbonden met testXpert zodat de scheurgroei op het scherm gevolgd kan worden. Anderzijds heeft testXpert voorgeconfigureerde standaardprogramma’s die alle methoden bevatten voor de berekening van de initiële waarde en de groeiwaarden van de kritische interlaminaire energie-afgiftesnelheid volgens de vereisten uit ASTM D5528 of ISO 15024.
