Испытание GIc / DCB по ASTM D5528 и ISO 15024
С помощью испытания G1c по ASTM D5528 или по ISO 15024 можно определять критическую межслойную скорость высвобождения энергии у композитных слоистых материалов для возникновения и роста трещины в слоистом материале в режиме I. Из-за геометрии используемых образцов испытание часто обозначают как испытание DCB (Double Cantilever Beam).
Ввиду важности данного метода испытаний и данного свойства материала для проектирования композитных конструкций в аэрокосмической отрасли, существуют также специальные промышленные стандарты Airbus (AITM 1-0005) и Boeing (BSS 7273), в которых, однако, для расчета результатов используется другая процедура (так называемый метод площадей), в отличие от ASTM D5528 и ISO 15024.
Цель и диапазон применения Образцы DCB Проведение испытания Видео Оборудование Загрузки Запросить консультацию
Цель и диапазон применения испытания GIc
Расслаивание в волокнистых композитах означает отсоединение или отсутствие соединения между отдельными слоями в материале. Такие повреждения или дефекты ухудшают механические свойства материала, поэтому являются особенно критическими для композитных конструкций.
При неблагоприятном нагружении, когда достигается критическое значение межслойной скорости высвобождения энергии композиционного материала, в нем происходит распространение трещин. Если это происходит под действием усилия растяжения, перпендикулярного плоскости трещины, то речь идет о нагружении в режиме I.
С помощью испытания DCB (Double Cantilever Beam) по ASTM D5528 или ISO 15024 можно надежно определять значения начала и распространения критической межслойной скорости высвобождения энергии при нагружении в режиме I.
Образцы Double Cantilever Beam (DCB)
Образцы Double Cantilever Beam (DCB) по ASTM D5528 и ISO 15024 изготавливают из композитной пластины, у которой с одной стороны в плоскости симметрии материала вставлена тонкая разделительная пленка. Образцы, полученные таким образом, можно сгибать как балки со стороны с трещиной в материале (отсюда название «Double Cantilever Beam» - «двойная консольная балка»), в то время как отдельные слои композита остаются соединенными в остальной части образца.
Для приложения нагрузки на образец обычно приклеивают блоки или шарнирные вкладки. Для визуального отслеживания роста трещины во время испытания на кромку образца наносятся метки в соответствии со спецификацией из стандарта.
ASTM D5528 и ISO 15024, проведение испытания
Элементы приложения усилия к образцу DCB (блоки или шарнирные вкладки) соединяют с захватами испытательной машины. Поскольку трещина на конце разделительной пленки часто бывает недостаточно острой и поэтому можно определить нерепрезентативное значение G1c, трещину сначала немного расширяют и получают более острую „предварительную трещину“. Длину предварительной трещины точно определяют и затем полностью разгружают образец. Во второй части испытания DCB образец повторно нагружают, пока трещина не дойдет до конца нанесенных сбоку меток.
Для начального значения критической скорости высвобождения энергии (действительно для предварительной трещины и для полного роста трещины) в стандарте ISO 15024 указаны три различных критерия:
- Использование нелинейности (NL): при чистой упругой деформации половин образца в процессе испытания кривая усилия/перемещения сначала является линейной. Пара значений усилия/перемещения, при которой начинается нелинейность кривой усилия/перемещения, используется для расчета начального значения.
- Визуально различимое распространение трещины (VIS): пара значений усилия/перемещения на кривой усилия/перемещения, при которой начинается визуально различимое распространение трещины, используется для расчета начального значения.
- Критерий податливости (5% или Max): для этого критерия определяют пару значений усилия/перемещения, при которой податливость первоначально линейной части кривой усилия/перемещения уменьшается на 5%. Если до этого достигается максимальное усилие, то будет использована эта пара значений усилия/перемещения.
Для соответствующего начального значения используется начальная длина трещины (от трещины в слое или от предварительной трещины). В актуальном издании стандарта ASTM D5528 для определения начального значения критической скорости высвобождения энергии используется только критерий податливости.
Значения распространения определяют для длин трещин и соответствующих пар значений усилия/перемещения по нанесенным сбоку меткам. Рост трещины отслеживается визуально на боку образца. При этом очень важно, чтобы регистрация усилия, перемещения и длины трещины осуществлялась синхронизированно.
Анализ длины трещины может осуществляться вручную оператором , отслеживающим рост трещины с помощью лупы, или с помощью системы видеорегистрации.
Для расчета кривой R (критическая скорость высвобождения энергии, построенная в зависимости от длины трещины, включает начальное значение и значение распространения) в обоих стандартах используются различные методы анализа:
- ISO 15024 содержит расчеты в соответствии с Corrected Beam Theory (CBT) и с методом Modified Compliance Calibration (MCC).
- ASTM D5528 использует метод Compliance Calibration (CC) и приводит другие методы в приложении. Сокращение до метода CC было сделано для обеспечения сопоставимости полученных по стандарту ASTM D7905 значений G2c Fracture Toughness при нагружении в режиме II.
Оборудование для проведения испытания GIc по ASTM D5528 и ISO 15024
Одноколонная настольная испытательная машина zwickiLine фирмы ZwickRoell особенно подходит для проведения испытания GIc по ASTM D5528 и ISO 15024.
Благодаря использованию моторизированной системы видеорегистрации в процессе испытаний G1c измерения распространения трещины стали более отслеживаемыми и удобными. Для этого применяют цифровую камеру, регистрирующую рост трещины вдоль образца и осуществляющую запись всего испытания. На основе созданных видеофрагментов можно в случае сомнений дополнительно проверить каждое отдельное испытание и откорректировать измеренные значения при росте трещины.
Программное обеспечение testXpert значительно упрощает проведение и анализ испытания G1c. С одной стороны, камера соединена с ПО testXpert, так что рост трещины можно удобно отслеживать на экране. С другой стороны, ПО testXpert располагает стандартными программами, которые содержат все методы расчета начального значения и значения распространения критической межслойной скорости высвобождения энергии в соответствии с требованиями стандарта ASTM D5528 или ISO 15024.
