ASTM D790, испытание пластмасс на 3-точечный изгиб
Стандарт ASTM D790 приводит описание методики определения характеристик неармированных и армированных пластмасс, высокомодульных волокнистых композиционных материалов и изоляционных материалов при изгибе. Типовым результатами испытаний по ASTM D790 являются модуль изгиба, напряжения и деформации в точке текучести, изгибная прочность и деформация разрушения изгиба. Испытания проводят на полужестких и жестких пластмассах, но только до максимальной деформации изгиба 5%.
Другие стандарты для испытаний пластмасс и волокнистых композиционных материалов на изгиб:
- стандарт ASTM D6272 - Standard Test Method for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials by Four-Point Bending содержит описание четырехточечного испытания, при котором максимальное напряжение изгиба возникает между верхними гибочными опорами в зоне, свободной от напряжения сдвига.
- В стандарте ISO 178 - пластмассы - определение характеристик изгиба - также приводится описание испытания на трехточечный изгиб, но с другим техническим содержанием
- В стандарте ISO 14125 - усиленные волокном пластмассы - определение характеристик изгиба - регламентированы испытания волокнистых композитов на трех- и четырехточечный изгиб.
Цель и характеристики Проведение испытания Формы и размеры образцов Силоизмерение и прогиб Скорость испытания Программное обеспечение Автоматизация Часто задаваемые вопросы Загрузки Запросить консультацию
ASTM D790: цель и характеристики
Испытание на 3-точечный изгиб по ASTM D790 представляет собой классическую стандартизированную методику определения характеристик жестких и полужестких пластмасс. Полученные при этом характеристики при изгибе имеют большое значение для конструкторов, инженеров и производителей материалов, чтобы гарантировать соответствие используемой пластмассы требованиям предполагаемого применения.
Типовые результаты испытаний по ASTM D790:
- Модуль изгиба: модуль изгиба - это мера жесткости материала, он показывает, насколько хорошо материал может выдерживать изгибающие нагрузки. Стандарт ASTM D790 предлагает три методики расчета модуля изгиба, которые, соответственно, приводят к различным результатам:
- Модуль касательной (модуль упругости)
Касательная, созданная в точке максимального наклона в диаграмме напряжения/деформации - Модуль секущей
Наклон между началом координат и регламентированной точкой в диаграмме напряжения/деформации - Модуль хорды (Chord modulus)
Наклон между двумя регламентированными точками в диаграмме напряжения/деформации
- Модуль касательной (модуль упругости)
- Прочность при изгибе: Прочность при изгибе указывает максимальную нагрузку, которую материал может выдержать при изгибе, прежде чем разрушится.
- Напряжение изгиба при регламентированной деформации изгиба
- Напряжения изгиба и деформации изгиба в точке текучести и при разрушении образца
ASTM D790, проведение испытания
- При испытаний на трехточечный изгиб по ASTM D790 образец квадратной формы располагают на двух опорах, затем на него сверху давят расположенным по центру пуансоном с регламентированной скоростью, пока образец не разрушится (но только до максимальной деформации изгиба в 5%).
- В течение процесса деформирования измеряют прикладываемое пуансоном усилие и прогиб образца под пуансоном.
- Полученную таким образом диаграмму усилия/прогиба на основе размеров образца и расстояния между опорами можно пересчитать в диаграмму напряжения/деформации. При этом необходимо учитывать, что предложенные в стандарте формы расчета действительны только в диапазоне малых прогибов. Это основная причина, почему испытание на изгиб по ASTM D790, метод B ограничивается максимальной деформацией изгиба в 5%.
ASTM D790, размеры образцов
Для испытаний пластмасс по ASTM D790 образцы изготавливают методом литья под давлением или извлекают из плиток, пластин или фасонных изделий путем механической обработки.
- Для испытаний пластиковых формовочных масс по ASTM D790 обычно используют образцы с поперечным сечением 3,2 мм x 12,7 мм и длиной 127 мм. Учитывая регламентированное соотношение толщины и расстояния между опорами, равное 16, получается расстояние между опорами 51 мм. Кроме того, в стандарте регламентирован ряд других требований для образцов толщиной более 3,2 мм и менее 1,6 мм.
- Для испытаний слоистых термореактивных пластмасс, а также электроизоляционных листовых материалов может потребоваться обработка образцов до толщины 25,4 мм или 12,7 мм. Если прочность на сдвиг очень мала по сравнению с прочностью при растяжении, то соотношение толщины и расстояния между опорами необходимо увеличить до 32 или даже 40, чтобы предотвратить разрушения при сдвиге.
- Испытания высокопрочных волокнистых композитов в соответствии с соотношением прочности при растяжении и прочности при сдвиге проводят с соотношением толщины и расстояния между опорами 16, 32 или 40. При сильно анизотропных материалах для корректного определения модуля может даже понадобиться соотношение 60.
Снятие размеров образца при испытании на изгиб требует особенной тщательности. Т.к. толщина образца в квадрате входит в расчет напряжения изгиба, то погрешность измерения также квадратна. Погрешность измерения всего в 0,1 мм при номинальной высоте образца 3,2 мм уже создает ошибку результата "напряжение изгиба" более чем в 5%. По этой причине толщину образцов измеряют микрометром, соответствующим требованиям стандарта ASTM D5947.
ASTM D790: измерение усилия и прогиба
Силоизмерение по ASTM D790 должно осуществляться в соответствующем диапазоне с точностью ±1% от индицируемого значения. Необходимая для этого калибровка силоизмерительного устройства проводится по ASTM E4.
По стандарту ASTM D790 измерение прогиба в центре между опорами может осуществляться либо по положению траверсы (тип I), либо напрямую с помощью отдельного датчика перемещения (тип II):
- Для измерения позиции траверсы необходимо соблюдать точность в соответствии с классом B по ASTM E2309. При прямом измерении прогиба проводится проверка по ASTM E83, причем для определения модуля необходимо придерживаться класса B-2, а для определения других деформаций - класса C.
- Для измерения прогиба по положению траверсы (тип I) в программном обеспечении testXpert доступна автоматическая корректировка собственной деформации оборудования, при котором определяется фактическая кривая деформации конструкции испытания и сохраняется в программном обеспечении.
Фирма ZwickRoell предлагает различные системы датчиков перемещения типа II, соответствующие этим требованиям, но отличающиеся друг от друга возможностью комбинирования с другими методами испытаний:
- Механические датчики для испытаний на сжатие и изгиб, обладающие щупами, устанавливаемыми непосредственно под образцом
- Измерительные щупы для использования с механическими экстензометрами makroXtens и multiXtens.
- Измерительные устройства с метками для использования оптических экстензометров videoXtens
ASTM D790, скорость испытания
Метод испытания по ASTM D790 и его влияние на скорость испытания:
- Для материалов, разрушающихся при малых прогибах, предпочтительно использовать метод A со скоростью деформации 0,01 мин-1.
- Материалы, которые вплоть до деформации в 5% ни разрушаются, ни показывают точку текучести, испытывают по методу B с десятикратно большей скоростью деформации в 0,1 мин-1.
Это означает для оператора, что настраиваемую на испытательной машине скорость испытания следует рассчитывать на основе толщины образца и расстояния между опорами (соотношения расстояния между опорами и толщины образца). Эту функцию можно удобно сохранить в программном обеспечении testXpert и автоматизировать процесс расчета.
Для стандартного образца с размерами 3,2 x 12,7 x 127 мм и соотношения с опорами 16 скорость испытания по ASTM D790 составляет:
- По методу A: 1,4 мм/мин
- По методу B: 13,7 мм/мин
Приспособление для испытаний на 3-точечный изгиб по ASTM D790
Важным признаком профессионально изготовленных гибочных приспособлений является, наряду с соблюдением размеров, их способность к точному выравниванию. Опоры должны очень точно выравниваться относительно друг друга, а также гибочного пуансона. Из-за угловых погрешностей в диаграмме напряжения/деформации может возникать так называемый нижний участок кривой, в значительной степени искажающий определение модуля. Регулируемые опоры и продуманные шаблоны значительно облегчают эту задачу. Ограничители на опорах облегчают точное позиционирование образцов.
Преимущества и признаки приспособления фирмы ZwickRoell для испытаний на 3-точечный изгиб
- С помощью данного приспособления фирмы ZwickRoell можно проводить испытания вплоть до максимального усилия в 20 кН. При этом максимальный прогиб составляет 36 мм.
- С помощью шаблона для установки расстояния между опорами и ограничителей образца можно провести нормативную настройку гибочного приспособления для проведения испытаний по ISO 178 и ASTM D790.
- Опоры можно юстировать по расстоянию и углу. Это означает, что их можно центрировать по расстоянию друг от друга и от пуансона, а также очень точно выровнять по оси опор.
- Ограничители образца гибочного приспособления регулируют и располагают с помощью шаблона.
Машины для испытаний на трехточечный изгиб по ASTM D790
Для проведения испытания на 3-точечный изгиб по ASTM D790 можно использовать наши универсальные испытательные машины zwickiLine, ProLine и AllroundLine.
Просто и надежно запускать испытания по ASTM D790 с ПО testXpert
Благодаря программному обеспечению testXpert операторы быстро осваиваются и сразу же приступают к проведению испытаний. Они видят только актуальные для себя задачи и шаг за шагом получают сопровождение по испытанию согласно ASTM D790.
- Все характеристики и настройки стандарта ASTM D790 гарантированно присутствуют в стандартной программе испытаний. Программное обеспечение шаг за шагом обеспечивает сопровождение по процессу испытания.
- Пользователи видят только только те этапы, которые должны выполнить. Они регламентированы в меню управление пользователями.
- Размеры образцов по ASTM D790, благодаря привязке микрометра и цифрового штангенциркуля, передаются в программное обеспечение напрямую, что экономит время и предотвращает ошибки.
- testXpert создает максимальную эффективность испытаний. Выигрыш по времени при проведении испытаний - до 30%.
Быстрый обзор без ошибок
- Благодаря стандартизированным интерфейсам данные быстро и без ошибок импортируются из Вашей системы ERP или QS, а после испытания там сохраняются результаты. Это экономит время и предотвращает возникновение ошибок.
- Можно анализировать все характеристики из различных серий испытаний благодаря централизованному доступу ко всем данным с помощью функции testXpert Analytics. То же касается и стандарта ASTM D790: модуль растяжения, модуль изгиба, прочность при растяжении, ударная вязкость образца с надрезом, скорость текучести и другие характеристики можно обзорно сравнивать и анализировать.
- Функция Trend Analysis распознает долгосрочные отклонения с помощью простого длительного анализа.
Автоматизированное испытание на 3-точечный изгиб по ASTM D790
Наличие больших объемов образцов сильно связывает персонал. Одна система для автоматизированных испытаний пластмасс освобождает квалифицированный персонал лаборатории от рутинных действий и дополнительно обеспечивает получение воспроизводимых результатов испытаний. Лаборанты могут выполнять более сложные задачи (интерпретация полученных данных, анализы, оценка новых материалов или исследования).
Для автоматизированного проведения испытаний на 3-точечный изгиб по ASTM D790 предлагаются испытательные системы roboTest N, roboTest L и roboTest R. Возможна комбинация различных испытаний в одной системе (например, испытания на растяжение по ASTM D638 и испытания на изгиб по ASTM D790), благодаря простому переоборудованию или интеграции нескольких испытательных приспособлений.
Сравнение наших автоматизированных систем для испытаний пластмасс Запросить консультацию
Вас интересуют автоматизированные испытания пластмасс?
Наши роботизированные испытательные системы предназначены для полностью автоматического проведения испытаний образцов на растяжение, сжатие, изгиб или ударных испытаний.
К автоматизированным испытательным системам Связаться сейчас
Часто задаваемые вопросы по стандарту ASTM D790
Оба стандарта предлагают методику определения характеристик пластмасс при изгибе, но различаются диапазоном применения, геометрией образцов и процедурой проведения испытаний. По этой причине результаты испытаний не являются сопоставимыми. При испытании пластмасс следует ожидать различий из-за размеров образцов, влияющих на морфологию материала. Дополнительные влияющие факторы обусловлены разной скоростью испытаний и различиями в определении модульных значений.
Стандарт ASTM D790 содержит описание методики определения характеристик неармированных и армированных пластмасс, высокомодульных волокнистых композитов и изоляционных материалов при изгибе. Типичные результаты испытаний: модуль изгиба, напряжения и деформации в точке текучести, прочность при изгибе и деформация разрушения изгиба. Испытания проводят на полужестких и жестких пластмассах, но только до максимальной деформации изгиба 5%.
Результаты испытаний пластмасс на изгиб по ISO 178 и ASTM D790 обычно схожи по величине, но не сопоставимы напрямую. Основания: различные скорости деформации при испытании на изгиб, различные методики расчета модульных значений и различия в изготовлении образцов.
Стандарты ISO создаются на основе широкого консенсуса между странами, достигнутого международными комитетами по стандартизации. В эти комитеты входят делегированные эксперты из национальных органов по стандартизации стран-участниц. Стандарты ASTM разрабатывают на национальном уровне в США, при этом организация ASTM international допускает сотрудничество с экспертами не из Соединенных Штатов.
модуль изгиба - это мера жесткости материала, он показывает, насколько хорошо материал может выдерживать изгибающие нагрузки. Прочность при изгибе указывает максимальную нагрузку, которую материал может выдержать при изгибе, прежде чем разрушится.
Напряжение изгиба по ASTM D790 и ISO 178 рассчитывается как напряжение в крайних волокнах образца в центре между опорами. Указанная в стандарте формула расчета базируется на идеальном спаде нагрузки. Угловые погрешности или усилия трения на опорах, создающиеся вследствие растущего прогиба образца в течение испытания на изгиб, не учитываются. Расчет достаточно точен только для малых углов изгиба.
Угловые погрешности между опорами или между опорами и пуансоном становятся причиной точечного контакта между образцом и приспособлением в начале испытания. С ростом нагрузки образец деформируется при кручении и приобретает линейную опору. Эти начальные деформации видны в диаграмме напряжения/деформации как так называемое основание кривой, т.е. как возрастающий наклон в начальной зоне. Это может значительно повлиять на значения модуля секущей и модуля хорды, в то время как модуль касательной по ASTM D790 не чувствителен к данному эффекту.
