Taxa de liberação de energia G
As taxas de liberação de energia desempenham um papel fundamental na caracterização de compósitos de fibra como parâmetros de mecânica de fratura.
A taxa de liberação de energia interlaminada G é um parâmetro usado na ciência dos materiais, especialmente no campo dos compostos, para quantificar a propagação de rachaduras entre as camadas individuais de um laminado composto. Indica quanta energia é necessária por unidade de área para gerar uma rachadura entre as camadas. Isso é de grande interesse, pois ajuda a prever e controlar a propagação de rachaduras e, portanto, a integridade estrutural no desenvolvimento e na avaliação de materiais e estruturas compostos.
Os métodos de ensaio a seguir são usados para determinar a taxa de liberação de energia interlaminar:
- Modo I como viga de cantiléver duplo (ensaio DCB) de acordo com a ASTM D5528 - Crescimento da trinca por carga de tração normal à superfície da trinca/abertura da trinca
- Modo II principalmente no ensaio ENF (End Notch Flexure) de acordo com a ASTM D7905 - ASTM D7905 - ASTM D7905ASTM D7905 - - crescimento de trincas devido à carga de cisalhamento na seção transversal do laminado
- Ensaio de flexão de modo misto (MMB Test) - permite a investigação simultânea do crescimento de trincas nos modos I e II e, portanto, oferece a vantagem de simular condições de propagação de trincas mais realistas em materiais e estruturas, o que é mais relevante em muitas aplicações práticas do que a consideração isolada do modo I ou do modo II
Visão geral das normas Modo I Modo II Modo misto I/II Downloads Solicite uma orientação
Métodos padronizados para determinar a taxa de liberação de energia Gc
Os métodos de ensaio definidos nas normas para determinar a taxa de liberação de energia fornecem informações sobre a energia relacionada à superfície da trinca que deve ser aplicada a um corpo de prova definido para propagar uma trinca. Portanto, o resultado é um valor que descreve a sensitividade à propagação do rasgo de um laminado. A medição é diferenciada de acordo com o tipo de estresse:
| Modo I | Modo II | Modo II | Modo misto I/II | |
|---|---|---|---|---|
| Sequência de ensaio | Ensaio de viga de cantilever duplo (Ensaio DCB) | Ensaio de flexão com entalhe na extremidade (Ensaio ENF) | Ensaio de divisão com carga final calibrada (Ensaio C-ELS) | Ensaio de modo misto (Ensaio MMB) |
| Tipo de solicitação |
|
|
|
|
| Normas |
|
|
|
|
* O modo I é usado com mais frequência
Ensaio de viga cantiléver dupla Modo I ASTM D5528, ISO 15024, EN 6033
Modo I As taxas de liberação de energia geralmente são realizadas usando a configuração de ensaio DCB (Double Cantilever Beam) de acordo com as normas ASTM D5528, EN 6033 e ISO 15024. Os procedimentos de teste e avaliações dos resultados se distinguem conforme a normal aplicada.
Amostra de ensaio DCB:
- Uma amostra de viga cantilever dupla (DCB) consiste em duas vigas (cantilevers) dispostas paralelamente uma à outra, conectadas em suas extremidades livres. O espécime de cantilever duplo tem uma rachadura no plano do laminado, que foi criada, por exemplo, por um filme plástico inserido durante a laminação.
Preparação e execução de ensaio:
- No trabalho preparatório do ensaio os Loading Blocks são colados sobre a amostra. Eles são conectados ao suporte de amostras por meio do orifício de conexão de Ø 8 mm
. - Por meio dos Loading Blocks a força de tração é introduzida. Dessa forma é causada a abertura do rasgo.
- Durante o ensaio, a abertura do rasgo é medida como percurso de travessa e corrigida pelo valor de deformação dos braços da amostra. A partir do integral da força medida será calculada por meio da deformação a energia consumida. O crescimento do rasgo é visualmente acompanhado no lado da amostra.
- A avaliação do comprimento do rasgo pode ser feita manualmente pelo operador que observa a superfície lateral marcada da amostra com o auxílio de uma lupa.
- O rastreamento visual de trincas usando a opção de gravação de vídeo permite resultados de medição reproduzíveis por meio da avaliação subsequente e precisa do processo de ensaio no vídeo. Para isso, são usadas lupas digitais, que são movidas ao longo do corpo de prova à medida que a rachadura avança e registram um filme durante a medição. Esse filme será sincronizado com a curva de valores de medição, frame por frame. Dessa forma, em caso de dúvida, o ensaio poderá ser verificado posteriormente e também poderá ser corrigido.
Gravação do webinar: G1C-Test Mode I
Para determinar a taxa de liberação de energia interlaminar G1c de acordo com o ensaio de viga cantilever dupla (DCB), a maioria dos padrões de ensaio exige o registro síncrono da força, do deslocamento e da extensão da trinca. Descubra como o Sistema de Gravação de Vídeo ZwickRoell simplifica o registro e a avaliação de dados para um ensaio DCB de acordo com a ASTM D5528:
- Distinção entre o ensaio DCB Modo I e o ensaio ENF Modo II (4:04)
- Padrões importantes para o ensaio DCT do procedimento Modo I (5:10)
- Como funciona o ensaio DCB? (05:42)
- Amostras de ensaio DCB e preparação para o ensaio (9:08)
- Configuração experimental do DCB (15:15)
- Execução do ensaio - demonstração ao vivo (16:21)
- Perguntas e Respostas (31:48)
Ensaio de flexão de entalhe final (ENF) modo II ASTM D7905, EN 6034
Modo II, cisalhamento no plano da camada, é frequentemente medido no ensaio ENF (End Notch Flexure).
As tensões do Modo II geralmente podem ser geradas e medidas em ensaios de flexão, bem como em ensaios de tração e compressão com espécimes entalhados.
A medição da taxa de liberação de energia do Modo II é padronizada na ASTM D7905, EN 6034 como um ensaio de flexão, que é realizado como um ensaio de flexão de 3 pontos ou, mais raramente, como um ensaio de flexão de 4 pontos. Aqui, as tensões de cisalhamento que ocorrem no ensaio de flexão são usadas para conduzir a trinca.
As amostras são designadas com SENB (Single End Notch Bending), ou também como ENF (End Notch flexão), que é outro termo comum. A deflexão é medida pelo percurso da cruzeta (com correção de rigidez), ou por meio de um sensor de percurso, que é aplicado centralmente.
O ponto de início da fissura é caracterizado por uma força máxima. No fim da medição, a amostra é arrefecida em nitrogênio líquido e, em seguida, completamente quebrada para medir as superfícies de fratura.
Ensaio de flexão de modo misto (MMB-Test) ASTM D6671
O ensaio de flexão de modo misto (ensaio MMB) permite a investigação simultânea do crescimento de trincas nos modos I e II e, portanto, oferece a vantagem de simular condições de propagação de trincas mais realistas em materiais e estruturas, o que é mais relevante em muitas aplicações práticas do que a consideração isolada do modo I ou do modo II.
- O ensaio de flexão de modo misto (ensaio MMB) é descrito na norma ASTM D6671.
- A flexão „Mixed Mode“ pode ser medida em laminados unidirecionais.
- A produção da abertura do rasgo (Mode I) é feita por meio de introdução da força de tração por intermédio de dobradiças. O cisalhamento no plano da camada (Modo II) é gerado pela tensão de flexão. A relação entre abertura do rasgo e o cisalhamento é ajustada por meio de ajuste do ponto de introdução da força no braço de alavanca. Ele varia de 100% de estresse do Modo II a uma sobreposição significativa do Modo I.
Aproveite o software de ensaios líder no ensaio de materiais
O software de ensaios testXpert da ZwickRoell oferece:
- Operação fácil : Comece a ensaiar imediatamente e se torne um especialista – com a máxima proteção.
- Ensaio confiável e eficiente: Tenha a vantagem de resultados confiáveis e máxima eficiência de ensaio.
- Integração flexível: O testXpert é adequado para todas suas aplicações e processos – ele simplesmente torna o workflow mais eficiente.
- Design de longo prazo: O software de ensaios para todo o ciclo de vida, pronto para a tarefas de ensaio do futuro!