ASTM D6641 Combined Loading Compression
A ASTM D6641 é um procedimento padrão de ensaio para determinar o módulo de elasticidade, bem como a resistência e a deformação por fratura de laminados de compósitos sob carga de compressão. O ensaio é adequado para laminados UD (unidirecionais) em 0°, 90° ou multidirecionais, para compósitos de tecido e malha, ou para materiais compósitos com fibras de reforço distribuídas de forma descontínua e aleatória (por exemplo, compósitos de fibras picadas, SMC).
No ensaio de compressão com carga combinada, a aplicação de carga é realizada de forma combinada: uma componente de força normal é aplicada através das superfícies finais e uma componente de força de cisalhamento é aplicada na parte fixada da amostra. Essa aplicação combinada de força é particularmente vantajosa para ensaios de compressão em laminados de compósitos com altas resistências. A conformidade com as tolerâncias especificadas na norma para a paralelidade das superfícies finais da amostra e para a perpendicularidade das superfícies finais em relação à direção de carga é essencial para obter resultados ótimos.
De acordo com a ASTM D6641, podem ser utilizadas tanto amostras sem adesivos aplicados (Procedimento A) quanto amostras com adesivos aplicados (Procedimento B). Consulte a seção abaixo "Amostras e dimensões" para mais informações.
Outros padrões usados com frequência para ensaios de compressão em plásticos reforçados com fibras longas ou contínuas são ASTM D695 ou DIN EN 2850 Método B, de acordo com o princípio de carga final pura, e ASTM D3410 ou ISO 14126 Método 1, de acordo com o princípio de carga de cisalhamento pura. Outro ensaio de compressão de carga combinada padronizado é descrito no Método 2 da ISO 14126.
Objetivos & Valores caracteristicos Procedimentos de ensaio Dispositivos de ensaio CLC Máquinas de ensaio Medição de deformação Condições de ensaio Amostras
Objetivos de ensaio e valores característicos determinados conforme ASTM D6641
Os ensaios de compressão para compósitos de acordo com a norma ASTM D6641 são realizados para determinar as propriedades mecânicas de compressão durante o desenvolvimento e a qualificação do material, para determinar valores característicos para o layout e o projeto de estruturas compostas e para a garantia de qualidade.
O ensaio de compressão de carga combinada, de acordo com a ASTM D6641ASTM, pode ser usado para determinar os seguintes resultados e valores característicos:
- Tensão de compressão: Força de compressão relacionada à seção transversal inicial do corpo de prova
- Esmagamento: Alteração no comprimento de medição em relação ao comprimento de medição inicial na direção da carga
- Módulo de impressão: Inclinação da curva de tensão-compressão no ensaio de compressão em um intervalo de deformação definido na faixa elástica. Também chamado de módulo de elasticidade ou de módulo de Young.
- Resistência à compressão: Valor máximo da tensão de compressão determinada no ensaio de compressão
- Deformação na ruptura:: Compressão ao atingir a resistência à compressão
Se for utilizado um extensômetro biaxial, com o qual a deformação na direção longitudinal e transversal pode ser medida, o coeficiente de Poisson também pode ser determinado no ensaio de compressão de acordo com a norma ASTM D6641 e é discutido em conformidade na norma. No entanto, isto é impraticável devido ao comprimento relativamente pequeno da amostra livre no ensaio de compressão, pelo que é muito raramente praticado. O ensaio de tração de acordo com a norma ISO 527-4,-5 ouASTM D3039 é muito mais adequado para determinar o coeficiente de Poisson.
Como o ensaio de tração conforme ASTM D6641 é executado?
Abaixo encontrará informações importantes sobre a realização do ensaio de compressão de carga combinada em materiais compósitos e as máquinas de ensaio, dispositivos de ensaio e extensómetros necessários para o efeito. Para obter informações pormenorizadas sobre a norma ASTM D6641, é essencial adquirir a norma.
ASTM D6641, Dispositivo de ensaio de compressão de carga combinada
Para o ensaio de compressão com carga combinada (CLC) de acordo com a norma ASTM D6641, é necessário um dispositivo de ensaio que permita a aplicação combinada de força através das faces de extremidade e através da parte agarrada do provete;
no dispositivo de compressão com carga combinada mostrado na norma, o provete é agarrado através de 4 parafusos, cada um na parte superior e inferior, mutuamente guiados do dispositivo. As extremidades da amostra estão alinhadas com as extremidades do dispositivo. O dispositivo de ensaio com o provete instalado é então colocado entre placas de compressão endurecidas alinhadas paralelamente e carregado sob pressão até que o provete se parta.
De acordo com a norma ASTM D6641, pode também ser utilizado um dispositivo de ensaio comparável para o ensaio de compressão com carga combinada que corresponde ao princípio da aplicação de força combinada no provete de ensaio:
Originalmente desenvolvido pela IMA Dresden e disponível exclusivamente na ZwickRoell, o dispositivo Hidráulico de Compressão de Materiais Compósitos (HCCF) para ensaios de compressão de materiais compósitos até 250kN é um dispositivo de compressão extremamente versátil que também é adequado para ensaios de compressão de carga combinada de acordo com a norma ASTM D6641.
Algumas vantagens e características do HCCF
- Permite efetuar ensaios de compressão de acordo com o princípio da compressão por carga combinada (ASTM D6641, ISO 14126 Método 2 ou Airbus AITM 1-0008)
- Permite a realização de ensaios de compressão de acordo com o princípio de carga de cisalhamento puro (método 1 ASTM D3410 ou ISO 14126)
- Para forças de compressão de até 250 kN
- para larguras de amostra até 35 mm e espessuras de laminado até 10 mm
- Rápida produção de amostras durante o ensaio, uma vez que o HCCF permanece na máquina de ensaio
- Mordentes de aperto precisamente alinhados entre si e sem deslocação dos mordentes em relação uns aos outros durante o ensaio
- A visão desobstruída da parte livre da amostra permite o uso de métodos ópticos de medição de deformação, como a Correlação de Imagem Digital (DIC).
Nota: A norma ASTM D6641 exige uma medição de deformação de dupla face nas superfícies opostas na parte livre do provete. Devido à área relativamente pequena de 13x13mm² da geometria nominal do provete ASTM D6641, os extensómetros são geralmente o método mais adequado de medição da deformação.Consulte a sessão abaixo “Deformação” para mais informações
- Uma deformação causada por variações na espessura da camada de adesivo ou dos adesivos aplicados durante a fixação da amostra, identificada por uma diferença absoluta de >150 µe entre os extensômetros de ambos os lados, pode ser corrigida de forma rápida e simples ao abrir as mandíbulas de fixação e ajustar com shims.
- Adequado para ensaios de compressão na faixa de temperatura de -60°C a +150°C
- Bombas hidráulicas manuais permitem uma fixação da amostra com ajuste muito preciso
Para o HCCF, estão disponíveis inserções de mandíbulas com padrão escamado ou com uma superfície rugosa aplicada por um processo de revestimento térmico. As mandíbulas com revestimento térmico devem ser usadas quando amostras sem adesivos aplicados estão sendo testadas (Procedimento A da ASTM D6641).
Máquina de ensaio para ASMT D6641
Para ensaios de compressão conforme ASTM D6641 com amostras conforme a norma e para muitos outros métodos de ensaio normatizados de plásticos reforçados de fibra a utilização de uma máquina de ensaios AllroundLine de 100 kN é muitas vezes suficiente. Mostra-se a configuração do ensaio para compressão com o dispositivo de ensaio HCCF e os prolongadores superior e inferior, que permitem a realização de ensaios de compressão na câmara de temperatura. Para ensaios de compressão à temperatura ambiente, os prolongadores não são necessários. Com a configuração de máquina de 100 kN apresentada, o uso de suportes de amostras mecânicos tipo corpo sobre cunha para ensaios de tração (veja a imagem pequena no canto superior direito) permite uma troca fácil entre diferentes configurações de ensaio e dispositivos de teste. Além disso, a remoção simples dos suportes de amostras permite que todo o espaço de trabalho da máquina de ensaio seja utilizado também para ensaios não padrão. Os pés de apoio permitem a adaptação individual e ergonômica da altura da área de ensaio.
Quando são ensaiados exclusivamente plásticos reforçados de fibra de vidro (GFRP), uma máquina de ensaios estáticos com a força máxima de 50 kN é normalmente suficiente.
Sistemas de ensaio modular em compósitos
Laboratórios de ensaio maiores, com um alto volume de ensaios, utilizam diferentes máquinas para os mais variados ensaios em compósitos e, dessa forma, conseguem minimizar a necessidade de trabalhos de conversão. As respectivas máquinas de ensaio podem ser adaptadas ao range de força de diferentes tipos de ensaio. Quando o volume de ensaios não é tão alto ou tão regular que o investimento em várias máquinas para ensaio compensa, é vantajoso equipar uma única máquina de ensaio de modo que o maior número possível de métodos de ensaio possa ser realizado com o menor esforço de conversão possível.
Para isso, a ZwickRoell desenvolveu um conceito modular, disponível como máquina de ensaio estático 100kN ou 250kN, com o qual 21 métodos de ensaio e aprox. 120 normas de ensaio (ISO, EN, ASTM, assim como Airbus AITM e Boeing BSS) são cobertos e que permite a ampla caracterização de materiais compostos de fibra à temperatura ambiente ou em ensaios a temperaturas baixas ou temperaturas elevadas de -80°C até +360°C.
Ensaio confiável conforme ASTM D6641 com o software de ensaio testXpert
O software de ensaio testXpert facilita a realização eficiente de testes e garante resultados confiáveis de acordo com a ASTM D6641:
- Poupe o trabalho do estudo da norma: Conformidade garantida com a especificação padrão – nele já estão inseridos todos os valores característicos e parâmetros das normas e ISO D6641.
- Você pode alcançar a máxima eficiência de seus ensaios com a conexão de dispositivos periféricos: Quando as dimensões da amostra do micrômetro são enviadas diretamente ao software de ensaios, obtém-se uma economia de tempo e erros de entrada.
- Verifique e controle a temperatura na câmara também por meio do software. Ajuste as rampas de temperatura e verifique de forma rastreável, também em momento posterior, a observância dos valores.
Medição de deformação em ensaios de compressão de acordo com a ASTM D6641
O ensaio de compressão de acordo com a ASTM D6641 requer uma medição de deformação em ambas as faces e de forma independente na área livre e não apoiada da amostra (comprimento do gabarito). Devido à relativamente pequena área de 13x13 mm2 da geometria nominal da amostra, a utilização de extensômetros (DMS) aplicados em ambos os lados é o método mais adequado para a medição de deformação.
Uma medição de deformação em ambos os lados e de forma independente da amostra é necessária para identificar possíveis deformações por flexão sobrepostas na amostra e distinguir entre ensaios válidos e inválidos. Consulte a seção abaixo "Condições de Ensaio – Monitoramento de Deformações por Flexão Sobrepostas (Percent Bending)".
Devido ao design aberto do dispositivo de compressão HCCF, também é possível utilizar um extensômetro Clip-on que mede de forma independente em ambos os lados. Para isso, é necessário ter um comprimento livre de pelo menos 13 mm. Um comprimento livre maior é permitido pela ASTM D6641 e é vantajoso para o uso de um extensômetro Clip-on, desde que a espessura da amostra seja dimensionada adequadamente para evitar o flambagem de Euler.
Condições de ensaio conforme ASTM D6641
Velocidade de ensaio
A velocidade de ensaio nominal conforme ASTM D6641 é de 1,3 mm/min.
Falha válida da amostra
Para a documentação da falha da amostra, a ASTM D6641 fornece um código de 3 letras que define de forma única o modo de falha e a posição ao longo da amostra. Dependendo da arquitetura das fibras e do laminado testado, diferentes tipos de falhas válidas podem ocorrer no ensaio de compressão, como ruptura transversal à largura da amostra, falha por cisalhamento angulado através da espessura da amostra (geralmente em ensaios de compressão em laminados UD a 90°), banda de dobra, fraturas por varredura, divisão, delaminação ou combinações de diferentes tipos de falhas válidas.
O ensaio de compressão é considerado válido somente se a amostra falhar dentro do comprimento livre. Uma ruptura na região central do comprimento livre é o caso ideal. No entanto, devido ao comprimento livre curto e às superfícies de ruptura frequentemente anguladas, também podem ocorrer rupturas na transição entre as faces de aperto e a área livre, bem como na transição entre o adesivo e a área livre. Isso também é considerado uma falha válida da amostra.
Falhas inválidas incluem flambagem de Euler, falhas nas superfícies finais da amostra, bem como qualquer tipo de falha da amostra na área de aperto.
Monitoramento de deformações por flexão sobrepostas (Percent Bending)
Além da falha válida da amostra, para que um ensaio de compressão seja considerado totalmente válido de acordo com a ASTM D6641, a deformação por flexão sobreposta à carga de compressão não deve exceder uma faixa definida. O valor de Percent Bending calculado é obtido utilizando os sinais de deformação ε1 e ε2 medidos em ambos os lados da amostra, através da fórmula By=(ε1-ε2)/(ε1+ε2)×100.
Para que o ensaio seja considerado válido: **By < 10% no intervalo médio de deformação para a determinação do módulo de elasticidade a 2000 µε e By < 10% para resistência à compressão e alongamento na ruptura.
Se surgirem saltos e descontinuidades no sinal de deformação devido a falhas anteriores no laminado próximo à resistência à ruptura, o ensaio é considerado válido mesmo que o critério de Percent Bending seja atendido a 90% da resistência à compressão.
Gama da temperatura
Como as propriedades mecânicas dos plásticos reforçados com fibras apresentam uma forte dependência da temperatura, são realizados ensaios não apenas à temperatura ambiente, mas também a temperaturas baixas e elevadas. Para isso, o Dispositivo de Compressão HCCF da ZwickRoell pode ser usado na faixa de temperatura de -60°C a +150°C, cobrindo assim os intervalos típicos para ensaios, que vão de -40°C a +80°C (+120°C) para aplicações automotivas, e de -55°C a +120°C para a aviação.
ASTM D6641 Amostras & Dimensões
| Tipo de amostra | Representação esquemática da amostra | Observação: |
|---|---|---|
| sem colagem (procedimento A) |  | Pode ser usado para laminados multidirecionais com menos de 50% de camadas a 0°, desde que o fracasso nas superfícies finais da amostra possa ser evitado e não seja necessário um aumento significativo da força de fixação além do recomendado. |
| Com aplicadores (Procedimento B) |  |
|
- Como material de aplicação, pode-se utilizar um laminado GFK a ±45°, que é colado ao laminado a ser ensaiado com um adesivo adequado. Para espessuras de amostra de até 2,5 mm, espessuras de 1,6 mm de adesivos têm se mostrado eficazes. Para espessuras de amostra maiores, podem ser necessários adesivos mais espessos.
- A ASTM D6641 não define uma espessura nominal da amostra. Normalmente, as amostras são ensaiadas com espessuras de 2 a 3 mm. Laminados mais espessos também podem ser testados, desde que o dispositivo de compressão utilizado permita. Para espessuras de amostra menores, especialmente em laminados com baixa rigidez, deve-se prestar atenção à dimensionação contra o flambagem de Euler conforme especificado na norma.
- O dispositivo de compressão HCCF foi originalmente desenvolvido para o ensaio de compressão com carregamento combinado de acordo com a norma Airbus AITM 1-0008. A comprimento dos mordentes especificado na norma AITM 1-0008 é de 65 mm. A geometria original dos mordentes da HCCF é, portanto, 1,5 mm mais longa do que a nominal especificada na ASTM D6641. Para realizar o ensaio de compressão com carregamento combinado conforme ASTM D6641 com a HCCF, deve-se usar uma amostra de compressão de 143 mm de comprimento. Alternativamente, podem ser usados mordentes adequados projetados para a comprimento nominal da amostra de 140 mm.
Downloads sobre ASTM D6641
- Informação do produto: Dispositivos de compressão hidráulicos para materiais compósitos (HCCF) PDF 89 KB
- Informações sobre o produto: AllroundLine, Fmax 5-100kN PDF 1 MB
- Informações sobre o produto: AllroundLine, Fmax 100-150kN PDF 2 MB
- Brochura para o segmento: Compósitos PDF 7 MB