ASTM D6641 Kombinirana tlačna obremenitev
ASTM D6641 je standardna preskusna metoda za določanje Youngovega modula, trdnosti in deformacije pri pretrganju laminatov iz kompozitnih vlaken pod tlačno obremenitvijo. Preskus je primeren za 0°, 90° ali večsmerne UD laminate, za tkane in položene kompozite iz laminatov ali za vlaknene kompozite z nekontinuiranimi in naključno razporejenimi ojačitvenimi vlakni (npr. kompoziti iz sesekljanih vlaken, SMC).
Pri kombinirani obremenitvi tlačnega preskusa deluje kombinirana sila z normalno komponento sile prek končnih ploskev in s komponento strižne sile prek vpetega dela vzorca. Ta kombinirana uporaba sile je še posebej ugodna za tlačne preskuse na laminatih iz kompozitnih vlaken z visoko trdnostjo. Skladnost s tolerancami, določenimi v standardu za vzporednost čelnih ploskev vzorca in za pravokotnost čelnih ploskev na smer obremenitve, je bistvena za doseganje optimalnih rezultatov.
V skladu z ASTM D6641 se lahko uporabijo vzorci brez zavihkov (Postopek A) in vzorci z zavihki (Postopek B). Za več informacij glejte spodnji razdelek "Preskusni vzorci in dimenzije".
Drugi pogosto uporabljeni preskusni standardi za tlačne preskuse dolgih ali neprekinjenih plastik, ojačanih z vlakni, so ASTM D695 ali DIN EN 2850 metoda B v skladu z načelom čiste končne obremenitve in ASTM D3410 ali metoda 1 ISO 14126 v skladu z načelom čiste strižne obremenitve. Drug standardiziran tlačni preskus ob kombinirani obremenitvi je opisan v metodi 2 ISO 14126.
Objektivne in značilne vrednosti Izvajanje preskusa CLC preskusna naprava Preskusni stroji Merjenje deformacije Preskusne zahteve Vzorci
Cilj preskusa in določanje karakteristične vrednosti po ASTM D6641
Tlačni preskus za kompozite v skladu z ASTM D6641 se izvajajo za določitev mehanskih tlačnih lastnosti med razvojem in kvalifikacijo materiala, za določitev značilnih vrednosti za postavitev in načrtovanje kompozitnih struktur ter pri zagotavljanju kakovosti.
Tlačni preskus ob kombinirani obremenitvi v skladu z ASTM D6641 se lahko uporabi za določitev naslednjih značilnih rezultatov in vrednosti:
- Tlačna napetost: tlačna sila, povezana z začetnim presekom vzorca
- Tlačna napetost: sprememba dolžine profila glede na začetno dolžino profila v smeri obremenitve
- Tlačni modul: naklon krivulje napetost-deformacija pri tlačnem preskusu v določenem intervalu deformacij v elastičnem območju. Imenuje se tudi modul elastičnosti ali Youngov modul
- Tlačna trdnost: največja tlačna napetost (nazivna), ki jo prenaša vzorec med tlačnim preskusom
- Deformacija pri porušitvi: tlačenje, ko je dosežena tlačna trdnost
Če se uporablja dvoosni merilnik napetosti, s katerim je mogoče izmeriti napetost v vzdolžni in prečni smeri, se lahko Poissonov količnik določi tudi v tlačnem preskusu v skladu z ASTM D6641 in je ustrezno obravnavano v standardu. Vendar pa je to nepraktično zaradi sorazmerno majhne dolžine prostega vzorca pri tlačnem preskusu in se zato zelo redko izvaja. Za določanje Poissonovega količnika je veliko bolj primeren natezni preskus po ISO 527-4,-5 ali ASTM D3039.
Kako poteka tlačni preskus v skladu z ASTM D6641?
Spodaj boste našli pomembne informacije o izvajanju tlačnega preskusa ob kombinirani obremenitvi kompozitov ter potrebnih preskusnih strojih, preskusnih napravah in merilnikih napetosti. Za podrobne informacije o ASTM D6641 je nujno, da kupite standard.
ASTM D6641 naprava za tlačno preskušanje s kombinirano obremenitvijo
Za tlačni preskus pri kombinirani obremenitvi (CLC) v skladu z ASTM D6641 je potrebna preskusna naprava, ki omogoča kombinirano uporabo sile prek končnih ploskev in prek prijemalnega dela vzorca.
Pri kombinirani obremenilni tlačna vpenjala, prikazana v standardu, se vzorec prime s po 4 vijaki v zgornjem in spodnjem, medsebojno vodenem delu vpenjala. Končne ploskve vzorca so poravnane s čelnimi ploskvami naprave. Preskusna naprava z nameščenim vzorcem se nato postavi med vzporedno poravnane utrjene tlačne plošče in obremeni pod pritiskom, dokler se vzorec ne zlomi.
V skladu z ASTM D6641 se lahko primerljiva preskusna naprava uporabi tudi za tlačni preskus kombinirane obremenitve, ki ustreza načelu kombinirane uporabe sile v preskusnem vzorcu:
Hidravlična tlačna naprava za kompozite (HCCF), ki je na voljo izključno pri ZwickRoellu za tlačne preskuse na kompozitih do 250 kN, je izjemno vsestranska tlačna naprava, ki je primerna tudi za tlačni preskus ob kombinirani obremenitvi po ASTM D6641.
Nekatere prednosti in značilnosti HCCF
- Omogoča izvajanje tlačnih preskusov po principu tlačenja pri kombinirani obremenitvi (ASTM D6641, ISO 14126 metoda 2 ali Airbus AITM 1-0008)
- Omogoča izvajanje tlačnih preskusov po načelu čiste strižne obremenitve (ASTM D3410 ali ISO 14126 metoda 1)
- Za tlačne sile do 250 kN
- Za širine vzorcev do 35 mm in debeline laminata do 10 mm
- Hiter pretok vzorca med preskusom, saj HCCF ostane v preskusnem stroju
- Vložki so natančno poravnani en z drugim in med preskusom ni premikanja vložkov en glede na drugega
- Neomejen pogled na prosti del vzorca omogoča uporabo optičnih metod merjenja deformacij, kot je korelacija digitalne slike (DIC)
Opomba: ASTM D6641 zahteva dvostransko merjenje napetosti na nasprotnih površinah v prostem delu vzorca.Zaradi relativno majhne površine 13 x 13 mm² standardne geometrije vzorca ASTM D6641 so merilniki napetosti na splošno najprimernejša metoda za merjenje napetosti. Glejte “ Merjenje deformacije ” razdelek spodaj za več informacij.
- Deformacijo, ki jo povzroči odstopanje v lepilnem sloju ali debelini zavihkov pri vpenjanju vzorca – prepoznavno po absolutni razliki >150 µe med merilniki napetosti, ki merita na obeh straneh – je mogoče hitro in enostavno popraviti z odpiranjem vložkov in podložkami.
- Lahko se uporablja za tlačno preskušanje v temperaturnem območju od -60 °C do +150 °C
- Ročno vodene hidravlične črpalke omogočajo zelo natančno vpenjanje vzorcev
Čeljustni vložki z vzorcem luske ali s hrapavo površino, naneseno s postopkom termičnega premazovanja so na voljo za HCCF. Vložke s termično prevleko je treba uporabiti pri preskušanju vzorcev brez vbodov (postopek A ASTM D6641).
Preskusni stroji za ASTM D6641
Za tlačne preskuse po ASTM D6641 s standardnimi vzorci in za številne druge standardizirane preskusne metode za plastiko, ojačano z vlakni, pogosto zadostuje uporaba 100 kN preskusne naprave AllroundLine. Prikazana je preskusna postavitev za tlačne preskuse s tlačno napravo HCCF in raztezki na vrhu in na dnu, kar omogoča izvedbo tlačnih preskusov v temperaturni komori. Raztezki niso potrebni za tlačnie preskuse pri sobni temperaturi. Pri prikazani konfiguraciji stroja s 100 kN uporaba mehanskih čeljusti body-over-wedge za natezne preskuse (glejte majhno sliko zgoraj desno) omogoča preprosto preklapljanje med različnimi preskusnimi nastavitvami in preskusnimi napravami. S preprosto odstranitvijo čeljusti lahko celotno delovno območje preskusnega stroja uporabite 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.
Zanesljivo preskušanje v skladu z ASTM D6641 zahvaljujoč naši programski opremi za preskušanje testXpert
Naša programska oprema za preskušanje testXpert podpira učinkovito preskušanje in zanesljive rezultate preskusov v skladu z ASTM D6641:
- Odpravite potrebo po preučevanju standardov: Zagotovljena skladnost s standardi prek standardnih preskusnih programov—vse karakteristične vrednosti in parametri ASTM D6641 so že shranjeni.
- Največjo učinkovitost preskušanja lahko dosežete s priključitvijo perifernih naprav: Pošiljanje dimenzij vzorca iz mikrometra ali merilnika neposredno v programsko opremo za preskušanje prihrani čas in odpravi napake pri vnosu.
- Preverite in nadzorujte tudi temperaturo v komori preko programske opreme. Nastavite temperaturne hitrosti in si oglejte vrednosti, ki so bile ohranjene za nazaj, s sledljivostjo.
Merjenje deformacije z uporabo tlačnega preskusa v skladu z ASTM D6641
Tlačno preskušanje v skladu z ASTM D6641 zahteva dvostransko in neodvisno merjenje deformacij v prostem nepodprtem območju vzorca (merilna dolžina). Zaradi razmeroma majhne površine 13x13 mm2 nazivne geometrije vzorca je uporaba obojestranskih merilnikov napetosti najprimernejši način merjenja deformacij.
Dvostransko in neodvisno merjenje deformacij na vzorcu je potrebno za odkrivanje kakršnih koli odstotkov upogiba in razlikovanje veljavnih od neveljavnih preskusov. Glejte spodnji razdelek Preskusni pogoji – Spremljanje prekrite upogibne deformacije (odstotek upogiba).
Zaradi odprte zasnove tlačne napeljave HCCF je možna tudi uporaba nasadnega ekstenziometra, ki meri neodvisno na obeh straneh. Vendar je za to potrebna prosta dolžina najmanj 13 mm. Daljša prosta dolžina je dovoljena v skladu z ASTM D6641 in je ugodna za uporabo nasadnega ekstenziometra, pod pogojem, da je debelina vzorca ustrezno dimenzionirana, da se prepreči Eulerjevo upogibanje.
Preskusni pogoji v skladu z ASTM D6641
Preskusna hitrost
Nominalna preskusna hitrost po ASTM D6641 je 1,3 mm/min.
Napaka veljavnega vzorca
ASTM D6641 zagotavlja 3-črkovno kodo za dokumentacijo okvare vzorca, ki jasno opredeljuje način okvare in položaj vzdolž vzorca. Odvisno od strukture vlaken in preskušanega laminata se lahko pri tlačnem preskusu pojavijo različni veljavni načini odpovedi, npr. zlom po širini vzorca, strižni lom pod kotom skozi debelino vzorca (običajno pri tlačnih preskusih na 90° UD laminatih), pregib, raztrganje, razcep, delaminacija ali kombinacije različnih veljavnih načinov odpovedi.
Tlačni preskus je veljaven le, če se vzorec zlomi znotraj proste dolžine. Idealnemu primeru ustreza zlom v srednjem predelu proste dolžine, vendar zaradi kratke proste dolžine in delno nagnjenih prelomnih ploskev nastanejo zlomi tudi na prehodu iz vložkov v prosto področje ali na prehodu iz zavihkov v prosto področje. To velja tudi za veljavno napako vzorca.
Neveljavne vrste odpovedi so Eulerjevo upogibanje ali odpoved na čelnih ploskvah vzorca kot tudi katera koli vrsta odpovedi vzorca v območju vpenjanja.
Spremljanje odstotka upogiba
Poleg veljavne okvare vzorca za splošno veljaven tlačni preskus v skladu z ASTM D6641 odstotek upogiba pri tlačni obremenitvi ne sme preseči določenega območja. Za to se izračunana odstotna upogibna vrednost določi z deformacijskima signaloma ε1 in ε2, določenima na obeh straneh preskusnega vzorca z uporabo formule By=(ε1-ε2)/(ε1+ε2)×100.
Za veljaven preskus: Za <10 % v srednjem intervalu raztezka pri določitvi Youngovega modula pri 2000 µε in za <10 % za tlačno trdnost in deformacijo pri porušitvi.
Če pride do skokov in prekinitev v signalu deformacije zaradi predodpovedi laminata blizu pretržne trdnosti, je preskus veljaven tudi, če je merilo odstotka upogiba izpolnjeno pri 90 % tlačne trdnosti.
Temperaturno območje
Ker so mehanske lastnosti z vlakni armirane plastike lahko v veliki meri odvisne od temperature, se poleg tlačnih preskusov pri sobni temperaturi izvajajo tudi preskusi pri nizkih in povišanih temperaturah. V ta namen se lahko tlačna naprava ZwickRoell HCCF uporablja v temperaturnem območju od -60 ° do +150 °C, kar pokriva običajne razpone temperaturnih preskusov med -40 ° in +80 °C (+120 °C) za uporabo v avtomobilih in med -55 °C in +120 °C v letalstvu.
ASTM D6641 vzorci in mere
| Vrsta vzorca | Shematski prikaz vzorca | Opombe |
|---|---|---|
| Brez zavihkov (postopek A) |  | Lahko se uporablja za večsmerne laminate z manj kot 50 % vložkov 0°, če se je mogoče izogniti odpovedi na končnih ploskvah vzorca in ne zahteva velikega povečanja prijemalne sile nad priporočeno raven. |
| Zavihki (postopek B) |  |
|
- ±45° GRP laminat se lahko uporabi kot material za zavihke, ki se z ustreznim lepilom prilepi na laminat, ki ga je treba preskušati. Za debeline vzorca do 2,5 mm, debelina zavihka pribl. 1,6 mm se je izkazal za primernega. Pri debelejših vzorcih je treba po potrebi izbrati debelejše zavihke.
- ASTM D6641 ne določa standardne debeline vzorca. Običajno se preskušajo vzorci debeline 2 do 3 mm. Preskusiti je mogoče tudi debelejše laminate, pod pogojem, da je za ta namen ustrezna naprava za tlačno preskušanje. Pri manjših debelinah vzorcev je treba upoštevati dimenzioniranje proti Eulerjevemu upogibu, določeno v standardu, zlasti pri laminatih z nizko togostjo
- Tlačna naprava HCCF je bila prvotno razvita za kombinirano obremenitev tlačnega preskusa v skladu z Airbus AITM 1-0008. Dolžina vložkov, navedena v AITM 1-0008, je 65 mm. Prvotni vložki HCCF so zato 1,5 mm predolgi za standardno geometrijo vzorca ASTM D6641. Za izvedbo kombinirane obremenitve tlačnega preskusa v skladu z ASTM D6641 s HCCF je treba uporabiti 143 mm dolge tlačne vzorce. Namesto tega se lahko uporabijo ustrezni vložki, oblikovani za nazivno dolžino vzorca 140 mm.
