ASTM D695: Končna tlačna obremenitev
Standard ASTM D695 opisuje končno obremenitev tlačnega preskusa. Standardna preskusna metoda se uporablja za določanje tlačnih lastnosti plastičnih mas in kompozitnih materialov, ojačanih z neprekinjenimi vlakni.
Ta metoda temelji na standardu ASTM D695, ki je bil prvotno razvit za preskušanje plastike in je bil nadalje razvit za preskušanje kompozitnih materialov, ojačanih z neprekinjenimi vlakni, v standardih DIN EN 2850 in Boeing BSS 7260 tipa III in IV. Relativno enostavna preskusna ureditev in preprost komplet za tlačno preskušanje, ki vključuje natančno navpično nameščeno podporo proti upogibanju, sta zelo koristna.
DIN EN 2850 (tip B) in Boeing BSS 7260 (tip III in tip IV) opisujeta tudi tlačni preskus ob končni obremenitvi kompozitov.
ASTM D695: objektivne in značilne vrednosti
Naslednje značilne rezultate in vrednosti za plastiko, ojačano z vlakni, je mogoče določiti s tlačnim preskusom po ASTM D695 s tlačno podporo in zlasti z različicami, razvitimi iz ASTM D695 (EN 2850 Metoda B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260 tipa III in IV):
- Tlačna napetost: tlačna sila, povezana z začetnim presekom vzorca
- Tlačna obremenitev: sprememba dolžine profila glede na začetno dolžino profila v smeri obremenitve (samo pri uporabi ustreznega merilnega sistema, glejte spodaj)
- Tlačni modul: naklon diagrama napetost-deformacija v določenem deformacijskem intervalu v elastičnem območju. Imenuje se tudi modul elastičnosti ali Youngov modul
- Tlačna trdnost: največja tlačna napetost (nazivna), ki jo prenaša vzorec med tlačnim preskusom
Pomembne informacije o določanju rezultatov
ASTM D695 zagotavlja zoženo geometrijo vzorca za nearmirane in armirane plastike z debelino < 3,2 mm, s katero je mogoče preskusno določiti tlačni modul (pri uporabi ustreznega sistema za merjenje deformacij) in tlačno trdnost. Za to je treba uporabiti dodatno podporno šablono.
Vendar pa zaokroženi vzorci niso primerni za UD kompozite. Različice, razvite iz ASTM D695 (EN 2850 Metoda B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260 tipa III in IV), zato vedno uporabljajo dva različna vzorca enakomernega pravokotnega prereza:
- Vzorec brez zaščitnih trakov za določanje tlačnega modula. Ta vzorec se ne sme uporabiti za določanje tlačne trdnosti, saj vedno pride do prezgodnje odpovedi na končnih ploskvah pri nižji tlačni napetosti od tlačne trdnosti preskušanega materiala.
- Vzorec z nanešenimi zaščitnimi trakovi za določitev tlačne trdnosti. Preskus je veljaven, če vzorec ne uspe v prosti dolžini vzorca. Ta vzorec ni primeren za določanje tlačnega modula, saj bi bila uporaba merilnih deformacij v prosti dolžini vzorca (cca. 5 mm) zelo težavna.
Ker se sila vedno izvaja izključno preko končnih ploskev vzorca, je zelo natančna obdelava čelnih ploskev v vsakem primeru absolutno kritična.
Tlačni preskus ob končni obremenitvi po ASTM D695
Pri tlačnem preskusu ob končni obremenitvi po ASTM D695 je vzorec obremenjen vzdolžno med dvema tlačnima ploščama. Naprava proti upogibu preprečuje prezgodnjo odpoved zaradi prekrivanja, vendar ne prispeva k prenosu sile v vzorec. Sila deluje izključno preko čelnih ploskev vzorca, zato je potrebna njihova natančna obdelava.
Za merjenje tlačnega modula se uporabi vzorec brez pokrovčkov. Za določitev veljavnosti tlačnega preskusa s kvantificiranjem prekrivajočih se upogibnih deformacij (odstotek upogiba) se izvede meritev deformacije z ločeno merilnimi merilniki deformacije, nameščenimi na sredini na obeh straneh. Pri tem je potrebna opora proti upogibanju z vdolbinami na mestih uporabljenih merilnikov napetosti. Signali merilnikov napetosti se nato povprečijo za določitev tlačne deformacije.
Za merjenje tlačne trdnosti se uporabi vzorec z zaščitnimi trakovi, da se poveča površina za delovanje sile in doseže porušitev nepodprtega osrednjega dela vzorca. Napaka v točkah obremenitve je neveljaven način okvare in vedno vodi do nižjih vrednosti tlačne trdnosti. Zaradi zelo kratke dolžine nepodprtega območja vzorca je uporaba merilnikov napetosti za ta tip vzorca razmeroma zapletena v primerjavi z drugimi metodami tlačnega preskusa.
Na splošno, če je preskus izveden pravilno, dobimo obnovljive vrednosti tlačnega modula, medtem ko je določanje tlačne trdnosti pogosto izpostavljeno večjemu razpršenju.
Preskusni stroji za ASTM D695
- Z uporabo nominalne geometrije vzorca so največje sile do pribl. 50 kN je zdaj mogoče doseči za kompozite, ojačane z ogljikovimi vlakni UD, pri tlačnem preskusu pri končni obremenitvi, zahvaljujoč nenehnemu nadaljnjemu razvoju in izboljšanju mehanskih lastnosti vlaken in matrice. Ker se poleg tlačnih običajno izvajajo tudi natezni preskusi, kjer so največje sile še višje, je priporočljiva uporaba statičnega stroja z zmogljivostjo do 100 kN oziroma 250 kN.
- Če pa se preskušajo le kompoziti, ojačani s steklenimi vlakni, zadostuje 50 kN preskusni stroj.
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.
Zanesljivi tlačni preskusi pri končni obremenitvi zahvaljujoč naši programski opremi za preskušanje testXpert
Naša programska oprema za preskušanje testXpert podpira učinkovito preskušanje in zanesljive rezultate preskusov v skladu z ASTM D695 in različicami tlačnimi preskusi pri končni obremenitvi, razvitih iz ASTM D695.
- Odpravite potrebo po preučevanju standarda: zajamčena skladnost s standardom prek standardnih preskusnih programov - vse karakteristične vrednosti in parametri, ki jih določata ASTM D695 in DIN EN 2850, 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.
Merjenje deformacije po ASTM D695 in ustreznih različicah
Primerne metode za merjenje deformacij za tlačni preskus ob končni obremenitvi v skladu z ASTM D695 so merilniki deformacij, nameščeni na sredini površine vzorca, ali na nasadnih ekstenziometrih, ki merijo tlačenje na robu vzorca. Pri uporabi merilnikov napetosti morajo imeti elementi nosilne naprave na sredini ustrezno vdolbino, da ne pridejo v stik z merilno mrežo ali kabli merilnika napetosti.
Zaradi natančno centriranega pozicioniranja vzorca v osi obremenitve in vdolbini v ohišju končne obremenitve ZwickRoell vpenjala za tlačno preskušanje je možno uporabiti tudi avtomatski ekstenziometer s tipali makroXtens, ki meri obe strani robov vzorca.
V različicah tlačnega preskusa s končno obremenitvijo, razvitih iz ASTM D695, se deformacija meri le za vzorec, namenjen merjenju tlačnega modula. Ustrezni preskusni standardi včasih uporabljajo različne specifikacije za največjo tlačenje pri preskusu in za območje, v katerem je treba določiti Youngov modul.
- DIN EN 2850 Metoda B: Tlačna obremenitev do vsaj 0,5 % (5000 µe) tlačenja; Določitev Youngovega modula med 0,1 % in 0,5 % (prednostna metoda, razen če ni drugače določeno)
- Boeing BSS 7260: Tlačna obremenitev do najmanj 3000 µe tlačenja; Določitev Youngovega modula med 1000 in 3000 µe.
- SACMA SRM-1R-94: Tlačna obremenitev do 5000 µe; določitev Youngovega modula med 1000 in 3000 µe; priporočljiva je uporaba merilnikov napetosti na obeh straneh za spremljanje naložene upogibne obremenitve; če je odstopanje med obema signaloma merilnika napetosti večje od 10 %, je preskus neveljaven in ga je treba ponoviti.
Kot je opisano zgoraj, meritev deformacije za vzorec z nanesenimi trakovi za določanje tlačne trdnosti ni predvidena za te preskusne standarde zaradi zelo kratke proste merilne dolžine.
Nasadni ekstenziometer, ki meri na robovih vzorca, je primeren tudi za zaobljene vzorce, ki se uporabljajo v ASTM D695 za debeline vzorca manj kot 3,2 mm, ki se uporablja za določanje Youngovega modula in tlačne trdnosti.
| Standard | Vrsta vzorca | Shematski diagram (ne v merilu) | Uporaba in navodila |
|---|---|---|---|
| ASTM D695 | Zaobljeno, za debeline vzorcev manj kot 3,2 mm |  | Neojačana in ojačana plastika s togostjo do 41 Gpa (npr. tudi GFRP tkaninski kompoziti) |
DIN EN 2850 Metoda B Boeing BSS 7260 SACMA SRM-1R-94 | B1 Vrsta III Vzorec za tlačno trdnost |  | UD* in tkaninski kompoziti (GFRP, CFRP)
|
DIN EN 2850 Metoda B Boeing BSS 7260 SACMA SRM-1R-94 | B2 Vrsta IV Tlačni modul vzorca |  |
Pogosto zastavljena vprašanja o tlačnem preskušanju ASTM D695
ASTM D695 opisuje tlačni preskus za določanje mehanskih lastnosti, kot sta Youngov modul in trdnost toge plastike, v skladu s tlačnim principom končne obremenitve (čelna uporaba obremenitve), pri katerem se sila izvaja izključno prek čelnih ploskev preskusnega vzorca. ASTM D695 se lahko uporablja za kompozite s togostjo do 41 Gpa, kar vključuje kompozite iz tkanine, ojačane s steklenimi vlakni. Za visokomodulne in armirane plastike z debelino laminata < 3,2 mm je potrebna podporna naprava.
Standard ASTM D695 opisuje tlačni preskus za določanje vrednosti mehanskih karakteristik, kot sta Youngov modul in togost toge plastike. ASTM D695-15 se nanaša na leto objave 2015, vendar je bil od takrat posodobljen in nadomeščen z ASTM D695-23 ali ASTM D695:2023.
ASTM D695 določa geometrijo zaokroženega vzorca z dolžino L = 79,4 mm in širino B = 19 mm za nearmirano in armirano plastiko z debelino < 3,2 mm, s katero je tlačni modul (pri uporabi ustreznega sistema za merjenje deformacij) in tlačno trdnost je mogoče določiti s preskusom. Vendar pa zaokroženi vzorci niso primerni za UD kompozite. Različice, razvite na podlagi ASTM D695, zato vedno uporabljajo dva različna pravokotna ravna vzorca: vzorec brez trakov za določanje tlačnega modula in vzorec z nanesenimi trakovi za določanje tlačne trdnosti.
