ASTM D695 Ensaio de compressão de materiais compósitos e plásticos
A norma ASTM D695 descreve o ensaio de compressão para determinar as propriedades mecânicas, tais como o módulo de elasticidade e a resistência para plásticos não reforçados e reforçados, de acordo com o princípio de compressão de carga final. A força é aplicada unicamente através das faces finais da amostra de ensaio. A norma ASTM D695 pode ser utilizada para compósitos de fibra com uma rigidez até 41 GPa, o que inclui, por exemplo, compósitos de tecido reforçado com fibra de vidro.
O texto que se segue limita-se à configuração de ensaio ASTM D695 com dispositivo de suporte para plásticos de alto módulo e reforçados com uma espessura de laminado < 3,2 mm. Os ensaios de compressão de carga final DIN EN 2850 procedimento B, Boeing BSS 7260 Tipo III & IV (ASTM D695 modificado) e SACMA SRM-1R-94, que foram desenvolvidos a partir da ASTM D695, são também descritos. Estes últimos também permitem ensaios de compressão em laminados unidirecionais (UD) reforçados com fibras de carbono com rigidez e resistência correspondentemente elevadas.
Outros ensaios de compressão normalizados frequentemente utilizados para compósitos contínuos reforçados com fibras sem restrições relativamente à rigidez do laminado são o método 1 da norma ISO 14126 e o método ASTM D3410 (compressão com carga de cisalhamento), bem como o método 2 da norma ISO 14126 e o método ASTM D6641 (compressão com carga combinada).
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ASTM D695: Objetivo e características
Os seguintes resultados e valores característicos para plásticos reforçados com fibra podem ser determinados usando o ensaio de compressão de acordo com a norma ASTM D695 com suporte de compressão e, em particular, com as variantes da configuração de ensaio desenvolvida a partir da norma ASTM D695 (EN 2850 método B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260 tipo III e IV):
- Tensão de compressão: força de compressão relacionada ao corte transversal inicial da amostra
- Compressão: Alteração no comprimento de medição em relação ao comprimento de medição inicial na direção da carga (somente ao usar um sistema de medição de deformação adequado, veja abaixo)
- Modulo de compressão: Inclinação da curva de tensão-compressão em um intervalo de deformação definido na faixa elástica. Também chamado de módulo de elasticidade ou de módulo de Young.
- Resistência a compressão: Valor máximo da tensão de compressão determinada no ensaio de compressão
Observações importantes sobre a determinação dos resultados
ASTM D695 prevê plásticos reforçados e não reforçados com espessura < 3,2 mm geometria do corpo de prova com cintura com a qual, em um único ensaio o módulo de compressão (ao usar um sistema de medição de deformação adequado) e a resistência a compressão podem ser determinados em um ensaio. Um dispositivo de suporte adicional deve ser usado para isso.
Entretanto, as amostras de ensaio com cintura não são adequadas para compósitos UD.. As variantes desenvolvidas a partir da ASTM D695 (EN 2850 Método B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260 Tipo III e IV), portanto, sempre usam dois corpos de prova retangulares retos diferente:
- Uma amostra de ensaio sem colagem para determinar o módulo de compressão. Esse corpo de prova não deve ser usado para determinar a resistência à compressão, pois a falha prematura sempre ocorre nas faces finais em uma tensão de compressão menor do que a resistência à compressão do material a ser ensaiado.
- Uma amostra de ensaio com aplicação de adesivos para determinar a resistência à compressão. O ensaio é válido se a amostra falhar dentro do comprimento da amostra livre. Esse corpo de prova não é adequado para determinar o módulo de compressão, pois a aplicação de extensômetros no comprimento livre do corpo de prova (aprox. 5 mm) é praticamente impossível.
Como a força é sempre aplicada exclusivamente através das faces da extremidade do corpo de prova, a usinagem muito precisa das faces da extremidade do corpo de prova é absolutamente essencial em todos os casos.
Dispositivo de ensaio de compressão de carga final
ASTM D695 exige um dispositivo de suporte para o corpo de prova ao ensaiar materiais com espessura < 3,2 mm. O corpo de prova suportado dessa forma é então colocado em um dispositivo de compressão adequado (também chamado de subpressão ou ferramenta de compressão na ASTM D695).
Nas variantes mais desenvolvidas para compostos avançados da ASTM D695 (procedimento B da EN 2850, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260), esse dispositivo de suporte é firmemente conectado a um dispositivo de pressão correspondente, de modo que é impossível inclinar ou entortar o corpo de prova com o dispositivo de suporte.
- Esse dispositivo avançado de compressão de carga final também é chamado de dispositivo ASTM D695 modificado no padrão de ensaio Boeing BSS 7260.
- As normas de ensaio DIN EN 2850 Método B e SACMA SRM-1R-94 também usam esse princípio, com pequenas diferenças nas dimensões do dispositivo de suporte e dos corpos de prova.
- Deve-se observar que o comprimento do suporte de fixação de acordo com o procedimento B da DIN EN 2850 é definido como 70 mm, enquanto o suporte de fixação em todos os outros padrões de ensaio (ASTM D695, Boeing BSS 7260 Tipo III e IV, SACMA SRM-1R-94) tem um comprimento de 73 mm. Portanto, um dispositivo de ensaio separado deve ser usado para o procedimento B da DIN EN 2850.
De qualquer forma, o dispositivo de suporte não contribui para a transmissão de força para a amostra. O atrito entre a amostra e o dispositivo de suporte é minimizado por um projeto adequado das superfícies de contato. Na ASTM D695, uma fixação "apertada manualmente" do dispositivo de suporte ao corpo de prova é suficiente. Em todos os métodos avançados de ensaio de carga final, um baixo torque de aperto ou pressão de contato é definido para os parafusos de fixação.
Dispositivo de ensaio ZwickRoell para o ensaio de compressão de carga final de acordo com a ASTM D695 e variantes:
- A configuração do ensaio da ZwickRoell para o ensaio de compressão de carregamento final consiste em um dispositivo de compressão colocado entre dois pratos de compressão. Elementos de guia no dispositivo de pressão garantem sempre uma centralização exata do corpo de prova no eixo de carga. Devido à alta resistência à compressão de mais de 1.000 MPa em alguns casos, especialmente em ensaios de compressão para compósitos reforçados com fibra de carbono UD na direção da fibra, devem ser usadas pratos de compressão adequadamente temperados.
- Os dispositivos de ensaio da ZwickRoell para compressão de carregamento final podem ser usados em uma faixa de temperatura de -80°C a +300°C.
Máquinas de ensaio para ASTM D695
- Usando a geometria nominal do corpo de prova, agora é possível obter forças máximas de até aproximadamente 50kN para compósitos reforçados com fibra de carbono UD no ensaio de compressão de carga final, graças ao contínuo desenvolvimento e aprimoramento das propriedades mecânicas das fibras e da matriz. Como os ensaios de tração geralmente são realizados além dos ensaios de compressão, em que as forças máximas são ainda maiores, recomenda-se o uso de uma máquina de ensaio estático com capacidade de até 100kN ou 250kN.
- Entretanto, se apenas compósitos reforçados com fibra de vidro forem ensaiados, uma máquina de ensaio de 50kN será 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.
Ensaios de compressão de carga final confiáveis graças ao software de ensaio testXpert
Nosso software de ensaio testXpert oferece suporte a ensaios eficientes e resultados confiáveis de acordo com a norma ASTM D695 e as variantes do ensaio de compressão de carga final desenvolvido a partir da norma ASTM D695:
- Poupe o trabalho do estudo da norma: Garantia de cumprimento das normas graças às especificações de ensaio padrão - todos os valores e parâmetros característicos da ASTM D695 e da DIN EN 2850 já estão armazenados.
- 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 da deformação de acordo com a ASTM D695 e variantes
Os métodos adequados para a medição da deformação para o ensaio de compressão de carga final, de acordo com a ASTM D695, são extensômetros colocados no centro da superfície do corpo de prova ou extensômetros de contato, que medem a compressão na borda do corpo de prova. Ao usar strain gauges, os elementos do dispositivo de suporte devem ter um recesso adequado no centro para que não entrem em contato com a grade de medição do strain gauge e os cabos do strain gauge.
Devido ao posicionamento exatamente central do corpo de prova no eixo de carga e às aberturas no corpo do dispositivo de ensaio de compressão de carregamento final da ZwickRoell, também é possível utilizar o extensômetro automático makroXtens, que mede em ambos os lados das bordas da amostra.
Nas variantes do ensaio de compressão de carga final desenvolvido com base na norma ASTM D695, a deformação é medida apenas para o corpo de prova destinado à medição do módulo de compressão. Os padrões de ensaio correspondentes às vezes usam especificações diferentes para a compressão máxima no ensaio e para a faixa na qual o módulo de elasticidade deve ser determinado
- DIN EN 2850 Método B: Carga compressiva até pelo menos 0,5 % (5000 µe) de compressão; determinação do módulo de elasticidade entre 0,1 % e 0,5 % (método preferencial, a menos que especificado de outra forma)
- Boeing BSS 7260: Carga compressiva de até pelo menos 3000 µe de compressão; determinação do módulo E entre 1000 e 3000 µe.
- SACMA SRM-1R-94: Carga compressiva de até 5000 µe; determinação do módulo E entre 1000 e 3000 µe; recomenda-se o uso de extensômetros aplicados em ambos os lados para monitorar uma carga de flexão sobreposta; se o desvio entre os dois sinais do extensômetro for superior a 10%, o ensaio é inválido e deve ser repetido.
Conforme descrito acima, a medição da deformação do corpo de prova com aplicação de adesivos para determinar a resistência à compressão não está prevista nesses padrões de ensaio devido ao comprimento de medição livre muito curto.
Um extensômetro clipado que mede as bordas do corpo de prova também é adequado para o corpo de prova com cintura usado na ASTM D695 para espessuras de corpo de prova inferiores a 3,2 mm, que é usado para determinar o módulo de elasticidade e a resistência à compressão.
| Norma | Tipo de amostra | Representação esquemática (não em escala) | Uso e instruções |
|---|---|---|---|
| ASTM D695 | Ajustado, para espessuras de amostra menores que 3,2 mm |  | Plásticos reforçados e não reforçados com uma rigidez de até 41 GPa (por exemplo, também compostos de tecido GRP) |
DIN EN 2850 Método B Boeing BSS 7260 SACMA SRM-1R-94 | B1 Tipo III Amostra de resistência à compressão |  | UD* e compostos de tecido (GFRP, CFRP)
|
DIN EN 2850 Método B Boeing BSS 7260 SACMA SRM-1R-94 | B2 Tipo IV Amostra de módulo de compressão |  |
Perguntas frequentes sobre o ensaio de compressão ASTM D695
A norma ASTM D695 descreve o ensaio de compressão para determinar as propriedades mecânicas, como o módulo de elasticidade e a resistência de plásticos rígidos, de acordo com o princípio de compressão de carga final (aplicação de força na extremidade), no qual a força é aplicada somente por meio das extremidades do corpo de prova. A ASTM D695 pode ser usada para compósitos com rigidez de até 41 GPa, o que inclui, por exemplo, compósitos de tecido reforçado com fibra de vidro. É necessário um dispositivo de suporte para plásticos reforçados e de alto módulo com uma espessura de laminado < 3,2 mm.
A norma ASTM D695 descreve o ensaio de compressão para determinar as propriedades mecânicas, como o módulo de elasticidade e a resistência de plásticos rígidos. A ASTM D695-15 refere-se ao ano de publicação de 2015, mas já foi atualizada e substituída pela ASTM D695-23 ou ASTM D695:2023.
A ASTM D695 especifica uma geometria de corpo de prova com cintura com comprimento de L=79,4 mm e largura de B=19 mm para plásticos reforçados e não reforçados com espessura < 3,2 mm, com a qual o módulo de compressão (ao usar um sistema de medição de deformação adequado) e a resistência à compressão podem ser determinados em um ensaio. No entanto, corpos de prova ajustados não são adequados para compósitos UD. As variantes desenvolvidas a partir da ASTM D695, portanto, sempre usam dois corpos de prova retangulares retos diferentes: Um corpo de prova sem colagem para determinar o módulo de compressão e um corpo de prova com colagem aplicada para determinar a resistência à compressão.
