ASTM D6641 Combined Loading Compression
Norma ASTM D6641 jest standardową metodą badawczą do wyznaczania modułu sprężystości oraz wytrzymałości i wydłużenia przy zerwaniu laminatów z kompozytów włóknistych pod obciążeniem ściskającym. Próba jest odpowiednia dla laminatów UD o kącie 0°, 90° lub wielokierunkowych, dla tkanych i układanych kompozytów lub dla włóknistych materiałów kompozytowych z nieciągłymi i losowo rozmieszczonymi włóknami wzmacniającymi (np. Chopped Fibre Composites, SMC).
W próbie Combined Loading Compression łączne wprowadzenie siły następuje poprzez normalną składową siły na powierzchniach końcowych i poprzez składową siły ścinającej na zaciśniętą część próbki. To łączne przyłożenie siły jest szczególnie korzystne w przypadku próbie ściskania laminatów z kompozytów włóknistych o dużej wytrzymałości . Aby uzyskać optymalne wyniki, niezbędne jest przestrzeganie określonych w normie tolerancji równoległości powierzchni czołowych próbki oraz prostopadłości powierzchni czołowych do kierunku obciążenia.
Zgodnie z ASTM D6641 można stosować zarówno próbki bez kleju (Procedura A) jak i próbki z naniesionym klejem (Procedura B) . Aby uzyskać więcej informacji, zobacz sekcję „Próbka i wymiary“ patrz poniżej.
Często stosowane do prób ściskania długich lub nieskończonych tworzyw sztucznych wzmacnianych włóknami normy badawcze to na zasadzie czystego End Loading ASTM D695 lub DIN EN 2850 Metoda B oparta na zasadzie czystego Shear Loading oraz ASTM D3410 lub ISO 14126 Metoda 1. Kolejna znormalizowana próba Combined Loading Compression jest opisana w ISO 14126 Metoda 2 .
Cel & Wartości charakterystyczne Przeprowadzenie badania Urządzenie badawcze CLC Maszyny wytrzymałościowe Pomiar wydłużenia Warunki badawcze Próbka
Cel badania i określone wartości charakterystyczne zgodnie z ASTM D6641
Próby ściskania kompozytów zgodnie z normą ASTM D6641 przeprowadza się między innymi w celu określenia właściwości ściskających w procesie opracowywania i kwalifikacji materiałów, w celu określenia parametrów do interpretacji i projektowania konstrukcji kompozytowych oraz w zapewnianiu jakości.
Z pomocą próby Combined Loading Compression zgodnie z ASTM D6641 mogą zostać określone poniższe charakterystyczne wyniki i wielkości :
- Naprężenie ściskające: Siła ściskająca w oparciu o początkowy przekrój poprzeczny próbki badanej
- Skrócenie względne: Zmiana długości pomiarowej w oparciu o początkową długość pomiarową w kierunku obciążenia
- Moduł ściskania: Nachylenie krzywej naprężenie-skrócenie w próbie ściskania w określonym przedziale wydłużenia w zakresie sprężystym. Zwany również jako moduł sprężystości lub moduł E
- Wytrzymałość na ściskanie: Maksymalna wartość naprężenia ściskającego określona w próbie ściskania
- Wydłużenie niszczące: Skrócenie po osiągnięciu wytrzymałości na ściskanie
W przypadku stosowania dwuosiowego tensometru, za pomocą którego można mierzyć wydłużenie w kierunku wzdłużnym i poprzecznym, współczynnik Poissona można również wyznaczyć w próbie ściskania zgodnie z ASTM D6641 i jest on odpowiednio omówiony w normie. Jest to jednak niepraktyczne w próbach ściskania ze względu na stosunkowo małą długość wolną długość próbki i dlatego jest praktykowane bardzo rzadko. Do określenia współczynnika Poissona zasadniczo bardziej odpowiednia jest próba rozciągania zgodnie z ISO 527-4,-5 lub ASTM D3039.
Jak przeprowadzana jest próba badanie na ściskanie zgodnie z ASTM D6641?
Poniżej znajdziesz ważne informacje na temat sposobu przeprowadzania próby Combined Loading Compression kompozytów oraz niezbędnych do tego maszyn wytrzymałościowych, urządzeń badawczych i ekstensometrów. Aby jednak uzyskać wyczerpujące informacje na temat ASTM D6641, niezbędny jest zakup normy .
ASTM D6641 Combined Loading Compression Urządzenie badawcze
Do próby Combined Loading Compression (CLC) zgodnie z ASTM D6641 jest wymagane urządzenie badawcze które umożliwia łączne przyłożenie siły za pośrednictwem powierzchni końcowych i zaciśniętej części próbki.
W pokazanym w normie urządzeniu Combined Loading Compression próbka jest mocowana za pomocą 4 śrub w górnej i dolnej części urządzenia, części urządzenia skierowane ku sobie. Powierzchnie końcowe próbki pokrywają się z powierzchniami końcowymi urządzenia. Urządzenie badawcze z zainstalowaną próbką umieszcza się następnie pomiędzy równoległymi, ustawionymi w jednej linii, hartowanymi płytkami ściskającymi i obciąża pod ciśnieniem aż do pęknięcia próbki.
Zgodnie z normą ASTM D6641 porównywalne urządzenie badawcze można również zastosować do próby Combined Loading Compression, który odpowiada zasadzie kombinowanego prowadzenia siły do badanej próbki:
Pierwotnie opracowane przez IMA Dresden i dostępne tylko w ZwickRoell Hydraulic Composites Compression Fixture (HCCF) do prób ściskania kompozytów do 250kN to niezwykle wszechstronne urządzenie ściskające, które nadaje się również do próby Combined Loading Compression zgodnie z ASTM D6641.
Niektóre zalety i właściwości HCCF
- Umożliwia przeprowadzenie prób ściskania zgodnie z zasadą Combined Loading Compression (ASTM D6641, ISO 14126 Methode 2 lub Airbus AITM 1-0008)
- Umożliwia przeprowadzenie prób ściskania zgodnie z czystą zasadą Shear-Loading (ASTM D3410 lub ISO 14126 Metoda 1)
- dla sił ściskających do 250kN
- dla próbek o szerokości do 35 mm i grubości laminatu do 10 mm
- szybka przepustowość próbek podczas badania, ponieważ HCCF pozostaje w maszynie wytrzymałościowej
- wkładki mocujące ustawione dokładnie względem siebie i brak przemieszczeń wkładek mocujących względem siebie podczas badania
- Nieograniczony widok wolnej części próbki umożliwiony jest przez zastosowanie optycznych metod pomiaru wydłużenia jak Digital Image Correlation (DIC)
Wskazówka: ASTM D6641 wymaga dwustronnego pomiaru wydłużenia na przeciwległych powierzchniach w wolnej części próbki. Ze względu na stosunkowo małą powierzchnię 13x13mm² nominalnej geometrii próbki ASTM D6641, tensometry są zwykle najodpowiedniejszą metodą pomiaru wydłużenia.Zobacz sekcję poniżej „ Pomiar wydłużenia “ w celu uzyskania dalszych informacji.
- Odkształcenie spowodowane odchyleniami warstwy kleju lub grubości kleju podczas mocowania próbki, rozpoznawalne po bezwzględnej różnicy >150 µe pomiędzy czujnikami tensometrycznymi mierzącymi po obu stronach, można szybko i łatwo skorygować poprzez otwarcie wkładek mocujących i podkładki.
- stosowany do prób ściskania w zakresie temperatur od -60°C do +150°C
- Ręczne pompy hydrauliczne umożliwiają bardzo dokładne dozowanie zacisku próbki
Do HCCF są dostępne zestawy wkładek z rastrem rybia łuska lub z chropowatą powierzchnią naniesioną w procesie powlekania termicznego . Wkładki mocujące z warstwą termiczną należy stosować, jeśli badane są próbki bez kleju (ASTM D6641 Procedura A).
Maszyny wytrzymałościowe do ASTM D6641
W przypadku prób ściskania zgodnie z normą ASTM D6641 ze standardowymi próbkami do badań oraz w przypadku wielu innych znormalizowanych metod badania tworzyw sztucznych wzmacnianych włóknami często wystarczające jest zastosowanie maszyny wytrzymałościowej AllroundLine 100 kN . Pokazano stanowisko badawcze do prób ściskania z urządzeniem ściskającym HCCF i prętami przedłużającymi na górze i na dole, co umożliwia przeprowadzanie prób ściskania w komorze temperaturowej . Pręty przedłużające nie jest wymagany do prób ściskania w temperaturze pokojowej. Dzięki przedstawionej konfiguracji maszyny 100 kN możliwe jest zastosowanie mechanicznych uchwytów mocujących korpus przez klin do prób rozciągania (patrz mały obraz w górze po prawej stronie) możliwe jest łatwe przełączanie między różnymi konfiguracjami badawczymi i urządzeniami badawczymi. Po prostu demontując uchwyty mocujące, całą przestrzeń roboczą maszyny wytrzymałościowej można wykorzystać również do badań niestandardowych. Stopy do ustawienia umożliwiają indywidualną i ergonomiczną regulację wysokości przestrzeni roboczej.
Jeśli badane są tylko tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem szklanym (GRP) , zwykle wystarcza statyczna maszyna wytrzymałościowa o maksymalnej sile 50 kN .
Modułowy system badania kompozytów
Większe laboratoria badawcze z odpowiednio dużą liczbą badań wykorzystują różne maszyny wytrzymałościowe do bardzo różnorodnych badań kompozytów , dzięki czemu mogą zminimalizować wysiłek związany z przezbrojeniem. Poszczególne maszyny wytrzymałościowe można dostosować do zakresu sił różnych typów badań. Jeśli liczba badań nie jest na tyle duża lub regularna, aby warto było inwestować w kilka maszyn badawczych, korzystne jest wyposażenie jednej maszyny wytrzymałościowej w taki sposób, aby można było przeprowadzić jak najwięcej procedur badawczych przy możliwie najmniejszym wysiłku związanym z przezbrojeniem.
W tym celu firma ZwickRoell opracowała modułową koncepcję , dostępnej jako statyczna maszyna wytrzymałościowa 100kN lub 250kN, z 21 metodami badawczymi i ok. 120 normami badawczymi (ISO, EN, ASTM, a także Airbus AITM i Boeing BSS), który umożliwia szeroką charakterystykę włóknistych materiałów kompozytowych w temperaturze pokojowej lub w badaniach w niskich lub podwyższonych temperaturach od -80°C do +360°C
Niezawodne badanie zgodnie z ASTM D6641 dzięki oprogramowaniu badawczemu testXpert
Oprogramowanie badawcze testXpert umożliwia wydajne badanie i wiarygodne wyniki badań zgodnie z ASTM D6641:
- Oszczędź sobie trudu studiowania norm: Gwarantowana zgodność z normami dzięki standardowym programom badawczym - Wszystkie wartości charakterystyczne i parametry ASTM D6641 są już tam zapisane.
- Maksymalną efektywność badawczą można osiągnąć podłączając urządzenia peryferyjne: Przesyłanie wymiarów próbki z mikrometru bezpośrednio do oprogramowania badawczego oszczędza czas i eliminuje błędy wprowadzania.
- Sprawdzaj i kontroluj temperaturę w komorze również za pomocą oprogramowania. Ustaw rampy temperaturowe i zobacz wartości, które zostały utrzymane, nawet później.
Pomiar wydłużenia w próbie ściskania zgodnie z ASTM D6641
Próba ściskania zgodnie z ASTM D6641 wymaga dwustronnego i niezależnego pomiaru wydłużenia w wolnej, niepodpartej powierzchni próbki (Gauge Length). Ze względu na stosunkowo niewielką powierzchnię 13x13 mm2 nominalnej geometrii próby najodpowiedniejszą metodą pomiaru wydłużenia jest zastosowanie tensometrów (DMS) zastosowanych obustronnie.
Niezbędny jest dwustronny i niezależny pomiar wydłużenia próbki do badań, aby wykryć nałożone odkształcenia zginające na próbkę i odróżnić badania ważne od nieważnych. Zobacz sekcję poniżej „Warunki badania – monitorowanie nałożonych odkształceń zginających (Percent Bending)“.
Dzięki otwartej konstrukcji urządzenia ściskającego HCCF możliwe jest również zastosowanie ekstensometru Clip-on który dokonuje pomiarów niezależnie po obu stronach. Wymagana jest jednak do tego wolna długość przynajmniej 13 mm . Większa wolna długość jest dozwolona zgodnie z normą ASTM D6641 i jest korzystna w przypadku stosowania ekstensometru Clip-on pod warunkiem, że grubość próbki jest odpowiednio zwymiarowana, aby uniknąć wyboczenia Eulera.
Warunki badawcze zgodnie z ASTM D6641
Prędkość badania
Nominalna prędkość badawcza zgodnie z ASTM D6641 wynosi 1.3 mm/min.
Ważne zniszczenie próbki
Aby udokumentować zniszczenie próbki norma ASTM D6641 udostępnia kod 3 literowy , który jasno określa rodzaj uszkodzenia i położenie wzdłuż próbki. W zależności od architektury włókien i badanego laminatu w badaniu ściskania mogą wystąpić różne prawidłowe tryby uszkodzenia, np. pęknięcie na całej szerokości próbki, pęknięcie pod kątem przy ścinaniu na grubości próbki (zwykle w testach ściskania laminatów UD pod kątem 90°), Kink-Band, Brooming, Splitting, rozwarstwianie lub kombinacje różnych ważnych rodzajów uszkodzeń.
Próba ściskania jest ważna tylko wówczas, jeśli próba pęka wewnątrz wolnej długości. Pęknięcie w środkowym obszarze swobodnej długości odpowiada idealnemu przypadkowi, ale ze względu na małą swobodną długość i częściowo ustawione pod kątem powierzchnie pęknięć, pęknięcia występują również na przejściu od wkładek zaciskowych do swobodnego obszaru lub na przejściu od klejenia do wolnego obszaru. Jest to również uważane za ważne zniszczenie próbki.
Nieprawidłowe tryby zniszczenia to wyboczenie Eulera lub zniszczenie na powierzchniach końcowych próbki oraz dowolny rodzaj zniszczenia próbki w obszarze zacisku.
Monitorowanie nałożonych odkształceń zginających (Percent Bending)
Oprócz ważnego zniszczenia próbki, w przypadku ogólnego ważnego badania ściskania zgodnie z ASTM D6641, odkształcenie zginające nałożone na obciążenie ściskające nie może przekraczać określonego zakresu. Obliczoną w tym celu Percent Bending określa się na podstawie określonych po obu stronach badanej próbki sygnałów wydłużenia ε1 i ε2 z zastosowaniem formuły By=(ε1-ε2)/(ε1+ε2)×100.
Dla ważnej próby obowiązuje: By<10% w średnim przedziale wydłużenia przy wyznaczaniu modułu E przy 2000µε i By<10% dla wytrzymałości na ściskanie i wydłużenia przy zerwaniu.
W przypadku wystąpienia skoków i nieciągłości sygnału wydłużenia na skutek wstępnego zniszczenia laminatu w pobliżu wytrzymałości na zrywanie, badanie jest ważne nawet przy spełnieniu kryterium Percent Bending przy 90% wytrzymałości na ściskanie.
Zakres temperatury
Ponieważ właściwości mechaniczne tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknami silnie zależą od temperatury, oprócz prób ściskania w temperaturze pokojowej przeprowadza się badania w niskich i podwyższonych temperaturach. W tym celu urządzenie ściskające ZwickRoell HCCF można stosować w zakresie temperatur od -60° do +150°C, co jest typowym zakresem badań temperaturowych od -40° do +80°C (+120°C) dla zastosowaniach motoryzacyjnych oraz od -55°C do +120°C w lotnictwie.
ASTM D6641 Próbki & Wymiary
| Typ próby | Schematyczne przedstawienie próby | Komentarze |
|---|---|---|
| bez kleju (Procedura A) |  | może być stosowana do wielokierunkowych laminatów z mniej niż 50% warstw 0°, jeżeli można uniknąć uszkodzeń na końcowych powierzchniach próbki i nie wymaga to znacznego zwiększania siły docisku ponad zalecany poziom. |
| z klejem (Procedura B) |  |
|
- Jako materiał do przyklejania można zastosować laminat GRP ±45°, który przykleja się do badanego laminatu odpowiednim klejem. W przypadku próbek o grubości do 2,5 mm skuteczna okazała się grubość kleju wynosząca około 1,6 mm. W przypadku grubszych próbek może być konieczne zastosowanie grubszego kleju.
- ASTM D6641 nie definiuje nominalnej grubości próbki. Zwykle bada się próbki o grubości od 2 do 3 mm. Można również badać grubsze laminaty, jeśli pozwala na to używany sprzęt do badania ściskania. W przypadku próbek o mniejszych grubościach należy zwrócić szczególną uwagę na wymiary podane w normie, aby zapobiec wyboczeniu Eulera, szczególnie w przypadku laminatów o małej sztywności
- Urządzenie ściskające HCCF zostało pierwotnie opracowane do próby Combined Loading Compression zgodnie z normą Airbus AITM 1-0008. Długość wkładek zaciskowych określona w AITM 1-0008 wynosi 65 mm. Oryginalne wkładki mocujące HCCF są zatem o 1,5 mm za długie w stosunku do nominalnej geometrii próbki ASTM D6641. Aby przeprowadzić próbę Combined Loading Compression zgodnie z ASTM D6641 z HCCF, należy zastosować próbę do ściskania o długości 143 mm. Alternatywnie można zastosować odpowiednie wkładki mocujące przeznaczone dla próbki o nominalnej długości 140 mm.
Downloads do ASTM D6641
- Informacja o produkcie: Hydrauliczne urządzenie do ściskania do materiałów kompozytowych HCCF PDF 89 KB
- Informacja o produkcie: AllroundLine, Fmax 5-100 kN PDF 1 MB
- Informacja o produkcie: AllroundLine, Fmax 100-150 kN PDF 2 MB
- Informacja branżowa: Materiały kompozytowe PDF 7 MB