ISO 527-4 | ISO 527-5 Natezno preskušanje kompozitov, ojačanih z vlakni
Natezni preskus v skladu s standardoma ISO 527-4 in ISO 527-5 se uporablja za določanje nateznega modula in elastičnih karakterističnih vrednosti Poissonovega količnika ter natezne trdnosti v glavnih smereh materiala z vlakni ojačenih plastičnih mas. ISO 527-4 opisuje preskusne pogoje za izotropne in anizotropne plastike, ojačane z vlakni. To vključuje kompozitne materiale z neenosmernimi ojačitvami, kot so mat, tkana ali rezana vlakna, kot tudi večsmerne laminate iz enosmernih posameznih plasti. ISO 527-5 opisuje preskusne pogoje za enosmerno (UD) plastiko, ojačano z vlakni. Oba standarda se nanašata na ISO 527-1 za splošna načela za določanje nateznih lastnosti.
Drug pogosto uporabljen standard za natezno preskušanje plastike, ojačane z dolgimi ali neprekinjenimi vlakni, je ASTM D3039, ki vključuje preskusne pogoje za izotropno in anizotropno plastiko, ojačano z vlakni, kot tudi za plastiko, ojačano z enosmernimi vlakni.
Objektivne in značilne vrednosti Video Izvajanje preskusa in preskusna oprema Preskusne zahteve Vzorci in dimenzije Dodatne informacije Prenosi
Cilj preskusa in karakteristične vrednosti po ISO 527-4 in ISO 527-5
Natezni preskusi plastike, ojačane z vlakni, se izvajajo za določanje nateznih lastnosti v procesu razvoja materiala in kvalifikacije, za določanje značilnih vrednosti, ki se uporabljajo za postavitev in načrtovanje kompozitnih struktur, kot tudi pri zagotavljanju kakovosti. Ne glede na vrsto ojačitve z vlakni so v ISO 527-4 in ISO 527-5 določeni naslednji karakteristični rezultati in karakteristične vrednosti:
- Natezna napetost: sila, povezana z začetnim prerezom vzorca
- Osna deformacija: sprememba dolžine profila glede na začetno dolžino profila v smeri obremenitve
- Prečna deformacija: Sprememba merilne dolžine glede na začetno merilno dolžino v prečni smeri (potrebno le za določitev Poissonovega količnika)
- Natezni modul: naklon krivulje napetost-deformacija v določenem intervalu deformacije v elastičnem območju. Imenuje se tudi modul elastičnosti ali Youngov modul
- Natezna trdnost: največja vrednost natezne napetosti, ugotovljena pri nateznem preskusu
- Deformacija ob porušitvi: osna deformacija, ko je dosežena natezna trdnost
- Poissonov količnik: negativno razmerje med prečno in osno deformacijo
ISO 527-4, ISO 527-5, kot tudi ASTM D3039 določi preskusne pogoje za natezno preskušanje plastike, ojačane z vlakni. Kljub podobnosti v preskusnih metodah ugotovljene karakteristične vrednosti niso popolnoma primerljive, saj se oblike in dimenzije vzorca ter določitev karakteristične vrednosti v nekaterih vidikih razlikujejo (npr. interval deformacije za natezni modul).
Zanesljivo preskušanje v skladu z ISO 527-4 in 527-5 s programsko opremo za preskušanje testXpert
testXpert podpira učinkovito preskušanje in zanesljive rezultate preskusov po ISO 527-4 in ISO 527-5:
- Odpravite potrebo po preučevanju standarda: zajamčena skladnost s standardom prek standardnih preskusnih programov - vse karakteristične vrednosti in parametri, ki jih določata ISO 527-4 in ISO 527-5, so vnaprej konfigurirani.
- Največja učinkovitost preskušanja je dosežena s povezavo perifernih naprav: ko se dimenzije vzorca iz mikrometra pošljejo neposredno v programsko opremo za preskušanje, prihranite čas in se izognete napakam pri vnosu.
- Poleg tega preverite in nadzirajte temperaturo v komori prek programske opreme. Nastavite temperaturne hitrosti in si oglejte vrednosti, ki so bile ohranjene za nazaj, s sledljivostjo.
Čeljusti in pritrditev za poravnavo za zanesljive rezultate preskusov po ISO 527-4 in ISO 527-5
Za izvedbo nateznega preskusa v skladu s standardoma ISO 527-4 in ISO 527-5 se ustrezni natezni vzorec prime v čeljustih stroja za statično preskušanje. Priporočljivo je, da redno preverjate pravilno poravnavo čeljusti v skladu z ISO 23788 ali ASTM E1012. Za laboratorije za preskušanje, akreditirane s strani Nadcap v vesoljski industriji, je dokaz o usklajenosti obvezen. Za to zahtevo so idealne mehanske body-over-wedge ali hidravlične body-over-wedge čeljusti. Če dokaz poravnave ni potreben, se lahko uporabijo tudi klinasto vijačne čeljusti s pogojno poravnavo.
Stroji za natezno preskušanje za ISO 527-4 in ISO 527-5
Za natezne preskuse v skladu s standardoma ISO 527-4 in ISO 527-5 s standardnimi vzorci in za številne druge standardizirane preskusne metode za plastiko, ojačano z vlakni, pogosto zadostuje uporaba preskusnega stroja 100 kN. S konfiguracijo stroja 100 kN, prikazano na desni, uporaba mehanskih body-over-wedge čeljusti omogoča preprosto preklapljanje med različnimi preskusnimi ureditvami in preskusnimi napravami. Ker je čeljusti enostavno odstraniti, se lahko celotno delovno območje preskusne naprave uporablja tudi za nestandardne preskuse. Podporne noge omogočajo individualno in ergonomsko nastavitev višine delovnega prostora.
Če se preskušanje izvaja izključno na plastiki, ojačani s steklenimi vlakni (GFRP), običajno zadostuje statični stroj z največjo silo 50 kN.
Modularni sistem za preskušanje kompozitov
Večji preskusni laboratoriji z ustrezno velikim obsegom preskušanja uporabljajo različne preskusne stroje za zelo raznolike sestavljene preskusne metode in tako lahko zmanjšajo prizadevanja za pretvorbo. Posamezne preskusne naprave je mogoče prilagoditi razponu sile, potrebnemu za različne vrste preskusov. Če stopnje prepustnosti niso dovolj visoke ali dosledne, da bi bila naložba v več preskusnih strojev smiselna, je alternativna možnost, da opremite en sam preskusni stroj, tako da lahko izvedete čim več preskusnih metod z najmanjšim naporom pri predelavi stroja.
ZwickRoell je razvil modularno zasnovo, ki je na voljo kot preskusni stroj s 100 kN ali 250 kN, ki pokriva 21 preskusnih metod in približno 120 preskusnih standardov (ISO, EN, ASTM ter Airbus AITM in Boeing BSS) in ki omogoča celovito karakterizacijo z vlakni ojačenih kompozitnih materialov pri sobni temperaturi ali za preskuse pri nizkih ali visokih temperaturah v razponu od -80 °C do +360 °C.
Ekstenziometri za meritve deformacij po ISO 527-4 in ISO 527-5
Za pravilno določitev elastičnih karakterističnih vrednosti in deformacije pri porušitvi je potrebno deformacijo izmeriti neposredno na vzorcu. Za določitev Youngovega modula in deformacije pri porušitvi zadošča meritev osne deformacije. Za dodatno določitev Poissonovega količnika je potreben dvoosni sistem za merjenje deformacij, ki omogoča tudi merjenje prečnih deformacij. Za merjenje deformacije lahko uporabite merilnike napetosti, merilne sisteme s tipali, kot so nasadni ekstenziometri (omejitev: ne do preloma vzorca) ali avtomatske ekstenziometre s tipali (makroXtens, multiXtens), kot tudi brezkontaktne optične sisteme (videoXtens).
Preskusni pogoji preskusa po ISO 527-4 in ISO 527-5
Preskusna hitrost
Konstantna preskusna hitrost, ki jo je treba nastaviti, je odvisna od vrste vzorca in namena preskusa. Za natezne preskuse za namene nadzora kakovosti je mogoče nastaviti višje hitrosti kot za natezne preskuse, ki se uporabljajo za karakterizacijo materiala.
- Napaka veljavnega vzorca
Vzorci, ki se zlomijo znotraj čeljusti ali na prehodnem območju od čeljusti do ne vpetega dela vzorca, so neveljavni in jih je treba zamenjati z novim vzorcem, da se doseže vsaj pet veljavnih rezultatov preskusa.
Temperaturno območje
Ker so mehanske lastnosti z vlakni armirane plastike lahko v veliki meri odvisne od temperature, se poleg nateznih preskusov pri sobni temperaturi izvajajo tudi preskusi pri nizkih in povišanih temperaturah. Tukaj je preskusni stroj lahko opremljen s temperaturno komoro za temperaturno območje od -80 °C do 360 °C.
Vzorci in mere po ISO 527-4/527-5
- l = Skupna dolžina vzorca
- L = Razpon med vložki čeljusti
- b = Širina vzorca
- h = Debelina FRP laminata
- L0 = Priporočena merilna dolžina za ekstenziometre (tipala ali brezkontaktno): ISO 527-4 tip vzorca 4 L0 = 25 mm, za vse druge zgoraj navedene vrste vzorca L0 = 50 mm
| Standard | Vrsta vzorca | Shematski diagram (poenostavljeno, ne v merilu) | Aplikacija |
|---|---|---|---|
| ISO 527-4 | Tip 1B veselce |  |
|
| Tip 2 pravokotno brez trakov za pokrove |  |
| |
| Tip 3 * pravokotno s trakovi za pokrove |  |
| |
| Tip 4** stožčasti brez trakov za pokrove |  |
| |
| ISO 527-5 | Tip A, tip B *** |  |
|
- * Pri vzorcu tipa 3 v standardu ISO 527-4 in vzorcu tipa A in B v standardu ISO 527-5 se na obeh straneh vzorca namestijo trakovi za pokrov. Cilj teh elementov za uporabo sile, ki so običajno pritrjeni na laminat, ki ga je treba preskušati, je zmanjšati koncentracije napetosti v čeljustih, tako da se prepreči zlom vložkov (zlom na ali v vložkih čeljusti). Za ta namen so se izkazali trakovi za pokrove iz ±45° GFRP laminata. Vedno se uporabljajo ravni trakovi za pokrove, medtem ko ASTM D3039 dovoljuje tudi uporabo trakov za pokrove z nagnjenimi koti. Uporabijo se lahko drugi elementi za delovanje sile, vključno s tistimi, ki niso povezani (npr. abrazivna krpa ali brusni papir), pod pogojem, da se lahko dokaže, da so dosežene enake trdnosti in da ni večjih razpršitev v značilnih vrednostih.
- ** Za vzorec tipa 4, na novo vključen v standard ISO 527-4:2023, ki je namenjen za natezno preskušanje brez trakov pokrovčkov na večsmernih termoplastih, ojačanih z neprekinjenimi vlakni, je treba rezultate ponovno izračunati, če do zloma pride zunaj L0 = 25 mm ravne merilne dolžine v središču vzorca. Izračun natezne trdnosti, povezan z lomom, za vzorec tipa 4, naveden v ISO 527-4 Dodatek E, je že vključen v vnaprej konfiguriran preskusni program testXpert za ISO 527-4:2023.
- *** Tipa vzorcev A in B v standardu ISO 527-5 imata različne debeline laminata in širine vzorcev. Vzorec tipa A, namenjen nateznemu preskusu v smeri 0° UD laminata, ima širino 15 mm in debelino laminata 1 mm. Tip B, namenjen nateznemu preskusu v smeri 90° UD laminata, ima širino 25 mm in debelino laminata 2 mm. To zagotavlja, da sile, izmerjene pri nateznem preskusu 0°, niso previsoke in da so sile, izmerjene pri nateznem preskusu 90°, dovolj velike, zato je mogoče obe vrsti vzorcev preskusiti z isto preskusno postavitvijo. Ta geometrijska prilagoditev je potrebna, ker imajo laminati ID velike razlike v trdnosti v smeri vlaken in čez vlakna.
Več informacij o ISO 527-4 in ISO 527-5
- Za določanje nateznih lastnosti na ravni enega sloja se izdelujejo večplastni kompoziti, pri katerih je vsaka posamezna plast orientirana na enak način. Ti vključujejo 0° ali 90° UD laminate, označene v ISO 527-5. V primeru ustrezno usmerjenih večplastnih tkanih kompozitov v standardu ISO 527-4 se vrednosti mehanskih karakteristik sklicujejo tudi na smer osnove in votka.
- Poleg izvajanja nateznih preskusov za namene razvoja materialov, kvalifikacije materialov in zagotavljanja kakovosti se karakteristične vrednosti, določene na nivoju ene plasti, uporabljajo tudi pri načrtovanju kompozitnih struktur za analitične računske metode. Z uporabo klasične teorije laminata je na primer mogoče izračunati elastične lastnosti večsmernega večslojnega kompozita iz karakterističnih vrednosti posameznih slojev. Vrednosti trdnosti na ravni enega sloja se med drugim uporabljajo za izračun kriterijev porušitve, kot so največja napetost, Hashin, Puck ali LaRC.
- Ker so mehanske lastnosti večplastnega kompozita odvisne od orientacije posameznih plasti, ima vsak večplastni kompozit z različnimi orientacijami posameznih plasti različne mehanske natezne lastnosti. Mehanske lastnosti materiala plastike, ojačane z vlakni, torej pridejo na dan šele med proizvodnim procesom laminata. Sam proces izdelave ima pomemben vpliv na dobljene karakteristične vrednosti. Vpliv proizvodnega procesa na mehanske lastnosti laminata iz plastike, ojačane z vlakni (FRP), se zato pogosto potrdi z mehanskim preskušanjem.