Скорость высвобождения энергии G
При определении свойств волокнистых композитов особую роль играют скорости высвобождения энергии в качестве характеристик механики разрушения.
Межслойная скорости высвобождения энергии G - это характеристика, используемая в материаловедении и особенно в области композиционных материалов, чтобы давать количественную оценку распространению трещины между отдельными слоями композиционного слоистого материала. Она указывает, сколько энергии на единицу площади необходимо, чтобы продвигать трещину между слоями. Это представляет большой интерес, поскольку помогает прогнозировать и контролировать распространение трещины и, следовательно, структурную целостность при разработке и оценке композиционных материалов и структур.
Для определения межслойной скорости высвобождения энергии применяют различные методы испытаний:
- Режим I как Double Cantilever Beam (испытание DCB) по ASTM D5528 - рост трещины в результате растягивающего нагружения, перпендикулярного поверхности трещины/раскрытию трещины
- Режим II чаще всего в процессе испытания ENF (End Notch Flexure) по ASTM D7905 - рост трещины в результате нагружения сдвига в поперечном сечении слоистого материала
- Смешанный режим, испытание Bending (MMB Test) - позволяет одновременно исследовать рост трещины в режиме I и режиме II, что дает преимущество моделирования более реалистичных условий распространения трещин в материалах и структурах, что более актуально во многих практических испытаниях, чем изолированное рассмотрение режима I или режима II
Обзор стандартов Режим I Режим II Смешанный режим I/II Загрузки Запросить консультацию
Нормативные методы определения скорости высвобождения энергии Gc
Регламентированные в стандартах методы испытаний для определения скорости высвобождения энергии позволяют делать заключение об энергии, связанной с площадью трещины, которая должна быть затрачена на определенный образец для создания трещины. Результатом является значение, описывающее чувствительность распространения трещины в слоистом материале. При измерении типы нагружения бывают разными:
| Режим I* | Режим II | Режим II | Смешанный режим I/II | |
|---|---|---|---|---|
| конструкция испытания | Испытание Double Cantilever Beam (DCB Test) | Испытание End Notch Flexure (ENF Test) | Испытание Calibrated End Loaded Split (C-ELS Test) | Смешанный режим (MMB-Test) |
| Тип разрушения |
|
|
|
|
| Стандарты |
|
|
|
|
* режим I используется чаще всего
Режим I, испытание Double Cantilever Beam ASTM D5528, ISO 15024, EN 6033
Режим I, определение скорости высвобождения энергии обычно проводится с помощью конструкции для испытания DCB (Double Cantilever Beam) по ASTM D5528, EN 6033 и ISO 15024. Процессы испытания и анализа результатов могут различаться, в зависимости от применяемых стандартов.
Образцы DCB:
- Образец Double Cantilever Beam (DCB) состоит из двух параллельных друг другу брусков (Cantilevern), соединенных друг с другом на свободных концах. Образец Double Cantilever обладает трещиной на межслойном уровне, созданной, например, вложенной при ламинировании пластиковой пленкой.
Подготовка и проведение испытания
- В процессе подготовки испытания загрузочные блоки наклеиваются на образец. С помощью соединительного отверстия Ø 8 мм они подвешиваются в захват
. - Посредством загрузочных блоков прикладывается усилие растяжения. Так генерируется раскрытие трещины.
- При этом в течение испытания раскрытие трещины измеряется как ход траверсы и корректируется на значение деформации сторон образца. Из интеграла измеренного усилия на деформацию рассчитывается затраченная энергия. Рост трещины отслеживается визуально на боку образца.
- Анализ длины трещины может вручную проводить оператор, рассматривая через увеличительное стекло помеченную боковую поверхность образца.
- Визуальное отслеживание трещины посредством опции «Видеосъемка» позволяет получать воспроизводимые результаты измерений путем дополнительной точной оценки процесса испытания на видео. Для этого используются цифровые лупы, проводимые в соответствии с ростом трещины вдоль образца и снимающие видео во время измерения. Этот видеофрагмент покадрово синхронизируется с кривой измеренных значений. Таким образом, в случае сомнения испытание можно дополнительно проверить и откорректировать.
Запись вебинара: испытание G1C, режим I
Для определения межслойной скорости высвобождения энергии G1c в процессе испытания Double Cantilever Beam (DCB) в большинстве стандартов требуется синхронная регистрация усилия, смещения и роста трещины. Узнайте, как система видеосъемки фирмы ZwickRoell упрощает регистрацию и анализ даных испытания DCB по ASTM D5528:
- Различие режима I (испытание DCB) и режима II (испытание ENF) (4:04)
- Важные стандарты для режима I (метод испытания DCT) (5:10)
- Как функционирует испытание DCB? (5:42)
- Образцы DCB и подготовка испытания (9:08)
- Конструкция испытания DCB (15:15)
- Проведение испытания – демонстрация в реальном времени (16:21)
- Вопросы и ответы (31:48)
Режим II, испытание End Notch Flexure (ENF) по ASTM D7905, EN 6034
В режиме II, сдвиг вдоль слоев, зачастую измерения проводятся в процессе испытания ENF (End Notch Flexure).
Нагружения в режиме II можно принципиально создавать и измерять на образцах с надрезом в процессе испытания как на изгиб, так и на растяжение и сжатие.
Измерение скорости высвобождения энергии в режиме II регламентировано в стандартах ASTM D7905, EN 6034 как испытание на изгиб, проводимое как испытание на 3-точечный изгиб или реже как испытание на 4-точечный изгиб. Здесь для расширения трещины используются возникающие в процессе испытания на изгиб напряжения сдвига.
Образцы обозначаются как SENB (Single End Notch Bending), однако термин ENF (End Notch flexure) также является употребительным. Измерение прогиба осуществляется по перемещение траверсы (с корректировкой жесткости) или посредством установленного по центру датчика перемещения.
Точка инициирования трещины характеризуется максимальным усилием. В конце измерения образец охлаждается в жидком азоте, затем полностью разрушается для обмера поверхностей разрушения.
Смешанный режим, испытание Bending (MMB-Test), ASTM D6671
Смешанный режим, испытание Bending (MMB Test) - позволяет одновременно исследовать рост трещины в режиме I и режиме II, что дает преимущество моделирования более реалистичных условий распространения трещин в материалах и структурах, что более актуально во многих практических испытаниях, чем изолированное рассмотрение режима I или режима II.
- Описание смешанного режима, испытание Bending (MMB Test), приводится в стандарте ASTM D6671.
- Прогиб „Mixed Mode“ можно измерять на однонаправленных слоистых материалах.
- Генерация раскрытия трещины (режим I) осуществляется посредством приложения усилия растяжения через шарниры. Сдвиг вдоль слоев (режим II) создается посредством нагружения изгиба. Соотношение раскрытия трещины и сдвига настраивается посредством регулировки точки приложения усилия на рычаге. Достигается нагружение 100% режима II вплоть до характерного перекрытия режима I.
Воспользуйтесь ведущим программным обеспечением в области испытаний материалов
Программное обеспечение testXpert фирмы ZwickRoell предлагает следующее:
- Простота в управлении: немедленно приступить к испытаниям и легко стать экспертом - при максимальной защите.
- Безопасное и эффективное проведение испытаний: получайте выгоду от надежных результатов и максимальной эффективности испытаний.
- Гибкая интеграция: testXpert оптимально подходит для всех Ваших испытаний и процессов – просто увеличивается эффективность.
- Перспективный дизайн: программное обеспечение для всего срока службы, готово для решения задач будущего!