یک کوپن فیبر کربن به عرض ۱۵ میلی متر شبیه نمونه ۴۰ کیلو نیوتن نیست.
می تواند باشد.
این موضوع وقتی برای اولین بار سیستم تست کشش ASTM D3039 را مشخص می کنند، متوجه می شوند. کوپن کوچک است، اما سطح مقطع کوچک همراه با مقاومت بالای لمینت می تواند بار خرابی را به ده ها کیلو نیوتن برساند.
ظرفیت نیرو تنها اولین مشکل است.
اگر نمونه لیز بخورد، نزدیک دسته آسیب ببیند، به دلیل تراز نامناسب خم شود یا کنار زبانه ای که بارگذاری نشده خراب شود، یک سلول بار کاملا کالیبره شده همچنان می تواند نتیجه ای تولید کند که شایسته بررسی مجدد است.
یک تنظیم خوب ASTM D3039 بنابراین با نمونه شروع می شود—نه با دستگاه.
این راهنما به تصمیمات عملی پشت آزمون کشش ترکیبی ASTM D3039 می پردازد: نیروی مورد انتظار، معرفی گرفتن و بار، تب ها، هم راستایی، اندازه گیری کرنش، رفتار خرابی و چگونگی تبدیل این نیازمندی ها به یک سیستم کامل تست کشش.
آنچه ASTM D3039 در واقع اندازه گیری می کند
نسخه فعال فعلی،
در عمل، مسیر آزمون ساده است:
لمینیت کامپوزیت → کوپن آماده شده → بار کششی محوری → پاسخ ماده
بسته به برنامه آزمایشی، ویژگی های به دست آمده با D3039 می تواند شامل مقاومت کششی نهایی، کرنش کششی نهایی، مدول وتر کششی، نسبت پواسون و کرنش انتقال باشد.
این تفاوت مهمی در تعیین تجهیزات ایجاد می کند.
آزمایشگاهی که عمدتا به مقاومت کششی نهایی علاقه مند است، لزوما به همان پیکربندی اندازه گیری که آزمایشگاهی که به مدول یا نسبت پواسون نیاز دارد، نیاز ندارد.
پس وقتی RFQ فقط می گوید:
ASTM D3039 تست کشش مورد نیاز است.
ما هنوز باید اطلاعات زیادی داشته باشیم.
کدام لمینت در حال آزمایش است؟ ابعاد کوپن ها چقدر است؟ چه نیرویی انتظار می رود؟ نمونه چگونه گرفته خواهد شد؟ آیا آزمایشگاه فقط به استحکام نیاز دارد یا به خواص مبتنی بر کرنش هم نیاز دارد؟
این سوالات سیستم آزمون را تعریف می کنند.
با کوپن شروع کنید، نه با ماشین
اینجاست که یک محاسبه ساده مفید می شود.
برای برآورد اولیه تجهیزات:
نیروی کششی مورد انتظار ≈ سطح مقطع عرضی × تنش کششی مورد انتظار
For a rectangular coupon:
مساحت مقطع = عرض × ضخامت
یک نمونه توضیحی به این صورت است:
15 میلی متر عرض × ضخامت 2.0 میلی متر
مساحت مقطع آن به صورت زیر است:
15 × 2.0 = 30 mm²
حالا فرض کنید لمینت تقریبا در موارد زیر خراب
می شود:1,200 MPa
زیرا 1 مگاپاسکال = 1 N/mm²:
30 mm² × 1,200 N/mm² ≈ 36,000 N
بنابراین، نیروی تخمینی شکست به صورت زیر است:
≈ 36 kN
نمونه کوچک است. نیرو ممکن است نباشد.
حالا همان لمینت نمونه را با عرض ۲۵ میلی متر بسازید و ضخامت ۲ میلی متر را حفظ کنید:
25 × 2 = 50 mm²
در همان تنش کششی توضیحی:
50 mm² × 1,200 N/mm² ≈ 60,000 N
یا:
≈ 60 kN
همان نمونه مطالب. همان ضخامت. هنوز هم یک کوپن نسبتا کوچک است.
نیاز ماشین کاملا متفاوت.
این اعداد محاسبات توضیحی اندازه تجهیزات هستند. آن ها ابعاد نمونه ASTM D3039، مقاومت کششی تعیین شده یا معیارهای پذیرش نیستند.
ASTM همچنین عواملی مانند آماده سازی مواد، چیدمان، توالی انباشته، آماده سازی نمونه، شرطی سازی، محیط، هم راستایی، گرفتن، سرعت آزمون، محتوای خلأ و حجم تقویت را به عنوان متغیرهایی که می توانند پاسخ کششی را تحت تأثیر قرار دهند، شناسایی می کند.
پس توالی شروع مفید به صورت زیر است:
لمینت → ابعاد نمونه → تنش کششی مورد انتظار → نیروی مورد انتظار
Not:
ASTM D3039 → Machine capacity
وارد کردن بار به لمینت
ظرفیت کافی ماشین تضمین کننده تست کشش کامپوزیت خوب نیست.
دستگاه هنوز باید آن نیرو را به لمینت منتقل کند.
به مسیر بارگذاری فکر کنید:
Machine → Grip → Tab / Grip Region → Laminate → Gauge Section
اگر دسته نتواند نمونه را نگه دارد، لیز می خورد.
اگر آرایش گرفتن به لمینت آسیب برساند، خرابی ممکن است از جایی شروع شود که نمونه در حال نگهداری است نه جایی که پاسخ کششی آن قرار است ارزیابی شود.
اگر بار به طور نامنظم وارد شود، ناحیه گریپ می تواند مشکل غالب در آزمون شود.
اینجاست که تب ها وارد بحث می شوند.
حل کننده تب چیست؟
تب ها در آزمایش های کشش مرکب رایج هستند، اما برای هر نمونه D3039 یک چک باکس جهانی نیستند.
راهنمای عمومی تست D3039 اشاره می کند که تب ها در همه موارد اجباری نیستند و همچنین استفاده از آن ها را به عنوان توصیه شده برای مواد یک طرفه توصیف می کند. در عمل، زبانه ها می توانند به محافظت کامپوزیت در برابر آسیب گرفتن کمک کرده و انتقال بار به نمونه را بهبود بخشند.
هدف مهندسی ساده است:
بار کششی مورد نیاز را بدون ایجاد مشکل خرابی جدید در گریپ منتقل کنید.
جنس زبانه ها، هندسه، پیوند، سطح نمونه، فشار گرفتن و تعامل فک همگی می توانند بر انتقال بار تأثیر بگذارند.
تب های خوب هم تراز ضعیف را نجات نمی دهند.
شرط بارگذاری مورد نظر محوری است. از نظر مفهومی:
محور ماشین ≈ محور گریپ ≈ محور نمونه
یک نمونه جابجایی، عدم هم راستایی زاویه ای یا گیره بندی نامنظم می تواند باعث خمشی شود که هدف آن تست کششی است. ASTM به طور خاص تراز و گرفتن نمونه را در میان عواملی که می توانند بر پاسخ کششی تأثیر بگذارند، شناسایی می کند.
یک سؤال تشخیصی مفید این است:
کوپن کجا مدام خراب می شود؟
اگر نمونه ها بارها در جایی که دستگاه آن ها را نگه داشته خراب می شوند، نه در ناحیه آزمایشی مورد نظر، قبل از افزایش فشار گریپ، به تنظیمات نگاه کنید.
کل مسیر بارگذاری شایسته توجه است.
ابعاد نمونه بخشی از نتیجه هستند
سلول بار نیرو را اندازه گیری می کند.
این به طور مستقیم مقاومت کششی را اندازه گیری نمی کند.
برای کوپن کامپوزیت مستطیلی شکل، تنش کششی بر اساس نیرو نسبت به سطح مقطع اصلی نمونه تعیین می شود:
عرض و ضخامت بنابراین بر نتیجه محاسبه شده تأثیر می گذارند.
این اهمیت دارد زیرا حتی یک اندازه گیری عالی نیرو هم نمی تواند ناحیه نادرست نمونه را جبران کند.
اگر ضخامت وارد شده اشتباه باشد، سلول بار می تواند نیرو را به درستی گزارش دهد در حالی که تنش کششی محاسبه شده اشتباه است.
راهنمای عملی آزمایش D3039 اندازه گیری عرض و ضخامت نمونه را در نقاط مختلف مقطع گیج و استفاده از اندازه گیری ها برای تعیین سطح مقطع توصیف می کند.
برای کوپن های ترکیبی، اندازه گیری ابعادی نیز زمانی که سطوح نمونه کاملا یکنواخت نباشند، نیاز به مراقبت دارد.
این بخش کوچکی از ساختار کلی است، اما مستقیما وارد محاسبه نهایی تنش می شود.
strength only—یا به modulus هم نیاز دارید؟
این سؤال می تواند سیستم آزمون را تغییر دهد.
فرض کنید آزمایشگاه A نیاز دارد:
مقاومت کششی نهایی
Laboratory B نیازها:
مقاومت کششی نهایی + کرنش کششی + مدول وتر + نسبت پواسون
هر دو تست ASTM D3039 را اجرا می کنند.
آن ها لزوما به همان پیکربندی اندازه گیری نیاز ندارند.
یک سلول بارگذاری نیرو فراهم می کند.
عرض و ضخامت نمونه اجازه می دهد این نیرو به صورت تنش بیان شود.
Modulus به چیز دیگری نیاز دارد:
اندازه گیری مناسب برای کرنش نمونه.
برای کاربردهای D3039، راهنمای آزمون عمومی استفاده از گیج های کرنش و اکستنسومتری برای اندازه گیری کرنش را توصیف می کند. در مواردی که نسبت پواسون مورد نیاز است، اطلاعات کرنش عرضی و طولی نیز لازم است.
حرکت سر عرضی ماشین نباید به طور خودکار به عنوان کرنش نمونه در مقطع گیج در نظر گرفته شود.
جابجایی سر عرضی می تواند شامل حرکت یا تطابق در سایر نقاط سیستم آزمایش باشد. وقتی ویژگی های مبتنی بر کرنش اهمیت دارند، روش اندازه گیری کرنش باید حول ویژگی تعیین شده انتخاب شود.
این دو سؤال تجهیزات جداگانه به ما می دهد:
سیستم باید چقدر نیرو اندازه گیری کند؟
و
چگونه باید تغییر شکل نمونه اندازه گیری شود؟
برای برنامه ای فقط مبتنی بر قدرت، سؤال دوم ممکن است نسبتا ساده باشد.
برای مدولوس، کرنش یا نسبت پواسون، بخشی از مشخصات اصلی سیستم می شود.
کوپن شکسته بخشی از نتیجه است
ماشین در ۴۲.۸ کیلو نیوتن متوقف می شود.
قبل از کپی کردن ۴۲.۸ کیلو نیوتن در صفحه گسترده، به کوپن نگاه کنید.
کجا شکست خورد؟
آیا آسیب قابل مشاهده ای نزدیک دسته وجود داشت؟
آیا نمونه به صورت طولی تقسیم شد؟
آیا در زاویه شکست؟
آیا خرابی حول یک زبانه یا ناحیه گریپ متمرکز بود؟
مقادیر نیروی اوج مشابهی می توانند از رویدادهای مکانیکی متفاوت به دست آیند.
ASTM D3039 از رویکرد شناسایی ساختاریافته حالت خرابی استفاده می کند، بنابراین محل و ظاهر خطا باید ثبت و تفسیر شود و هر تست به یک مقدار بیشینه نیرو کاهش یابد.
این به این معنا نیست که شکستگی غیرمعمول باید به طور خودکار حذف شود.
این یعنی مقدار نیرو و نمونه فیزیکی باید در یک تفسیر
قرار بگیرند.خرابی های مکرر نزدیک به دسته باید باعث بررسی ورود بار، تراز شدن، وضعیت زبانه ها، گرفتن و آماده سازی نمونه شود.
این به ویژه هنگام توسعه یک سیستم جدید مفید می شود.
اگر چندین کوپن در یک مکان ناخواسته بارها خراب شوند، ممکن است تست چیزی درباره تنظیمات به شما بگوید قبل از اینکه چیزی درباره لمینت بگوید.
Peak Force به شما می گوید تست چه زمانی تمام شده است. کوپن شکسته به شما کمک می کند بگویید چه اتفاقی افتاده است.
A نمونه ۴۹.۵ کیلو نیوتن و یک ماشین ۵۰ کیلو نیوتن
اکنون به یک پرسش عملی تجهیزات توجه کنید.
A customer sends:
شروع با مقطع:
15 mm × 2.2 mm = 33 mm²
سپس یک برآورد اولیه نیرو انجام دهید:
33 mm² × 1,500 N/mm² = 49,500 N
or:
≈ 49.5 kN
باز هم، این یک نمونه نمونه توضیحی تجهیزات است، نه نمونه یا نیروی تجویز شده ASTM D3039.
حالا بخش مهم می رسد.
بازه ITM-LAB RS-8000 به
آیا نیروی خرابی تخمینی 49.5 کیلو نیوتن به طور خودکار یک RS-8000 با 50 کیلو نیوتن را به سیستم صحیح تبدیل
می کند؟محاسبه این را اثبات نمی کند.
این به ما می گوید بار مورد انتظار خرابی نمونه تقریبا به ظرفیت بالای آن پیکربندی نزدیک است.
ما هنوز باید نیروی بالایی احتمالی، تغییرپذیری نمونه، ابعاد نهایی، آرایش گرفتن و دامنه کاری سلول بار را درک کنیم.
و این مشتری به
قبل از پیکربندی سیستم، اطلاعات پیگیری مفید شامل موارد زیر است:
نیروی نمونه بالایی مورد انتظار چقدر است؟
کدام جهت لمینت و فیبر در حال آزمایش هستند؟
چقدر تغییر نمونه به نمونه انتظار می رود؟
آیا تب ها استفاده می شوند؟
چه ترتیب گرفتن لازم است؟
کرنش چگونه اندازه گیری خواهد شد؟
آیا آزمایش محدود به شرایط محیطی آزمایشگاهی است؟
اگر تست غیرمحیطی بخشی از برنامه باشد، باید قبل از پیکربندی نهایی سیستم نیز تعریف شود، زیرا فضای تست موجود، دسته ها و آرایش اندازه گیری کرنش ممکن است تحت تأثیر قرار گیرد.
تفاوت کلیدی این است:
بار خرابی مورد انتظار محاسبه شده ۴۹.۵ کیلو نیوتن با مشخص کردن خودکار یک سیستم تست ۵۰ کیلو نیوتن یکسان نیست.
RS-8000 or RS-8000A?
برای کاربردهای کششی کامپوزیت، ITM-LAB دو محدوده ظرفیت ماشین تست جهانی مرتبط ارائه می دهد:
RS-8000: 10–50 kN
RS-8000A: 100–300 kN
انتخاب نباید به موارد زیر کاهش یابد:
Small coupon → RS-8000
Large coupon → RS-8000A
و نباید اینطور باشد:
GFRP → RS-8000
CFRP → RS-8000A
نام ماده به تنهایی ظرفیت ماشین را تعیین نمی کند.
نمونه و بار مورد انتظار انجام می شود.
Start with:
عرض × ضخامت
↓
Cross-sectional Area
↓
مساحت × تنش کششی مورد انتظار
↓
Expected Force
سپس در نظر بگیرید:
Load Cell → گیره ها / تب ها → تراز → اندازه گیری کرنش → حرکت / فضای تست
برای نمونه های ترکیبی که نیروی مورد انتظار و نیازهای اندازه گیری کامل آن ها به طور مناسب در محدوده
برای پیکربندی های با نیروی بالاتر یا آزمایشگاه هایی که به پلتفرم با ظرفیت بسیار بالاتر نیاز دارند، محدوده RS-8000A 100–300 kN RS-8000A قابل ارزیابی است.
حداکثر ظرفیت تنها ملاحظه نیست.
اگر بیشتر نمونه های روزانه با نیروهای بسیار پایین تر آزمایش شوند، انتخاب سلول بار همچنان اهمیت دارد. دسته ها باید متناسب با نمونه باشند. اندازه گیری کرنش باید با ویژگی مورد نیاز مطابقت
داشته باشد.هدف یک سیستم اندازه گیری متعادل است—نه صرفا بزرگ ترین فریم موجود.
چه چیزی را با RFQ ASTM D3039 ارسال
کنیمقبل از تماس با ما نیازی به مشخصات آزمایشگاهی نهایی ندارید.
But:
ASTM D3039، لطفا نقل قول کنید.
اطلاعات کافی برای پیکربندی صحیح سیستم نیست.
یک RFQ اولیه مفید شامل موارد زیر است:
- ترکیب ماده و نوع تقویت;
- specimen drawing، در صورت وجود؛
- اطلاعات نمونه برگه دار یا بدون برچسب؛
- نتایج مورد نیاز: فقط استحکام، یا استحکام به علاوه کرنش / مدول / نسبت پواسون؛
- دمای تست یا نیاز محیطی؛
اگر آرایش گرفتن یا روش اندازه گیری کرنش قبلا تعریف شده باشد، آن را نیز وارد کنید.
برای نمونه های غیرمعمول، یک نقشه یا نمونه فیزیکی می تواند بسیار مفیدتر از عبارت «آزمون کششی فیبر کربن» باشد.
هدف این است که ماشین حول محور آزمون پیکربندی شود—نه اینکه آزمون برای ماشینی که خیلی زود انتخاب شده مناسب باشد.
ASTM D3039 نقشه راه انتخاب سیستم تست کشش ترکیبی ASTM D3039
سوالات متداول ASTM D3039 درباره تست ترکیبی کشش
ASTM D3039 برای چه استفاده می شود؟
ASTM D3039/D3039M برای تعیین خواص کششی درون صفحه ای مواد کامپوزیتی ماتریس پلیمری تقویت شده توسط الیاف با مدول بالا در چارچوب روش استفاده می شود. داده های حاصل می تواند برای مشخصات مواد، تحقیق و توسعه، تضمین کیفیت و طراحی و تحلیل سازه ای استفاده شود.
چگونه ظرفیت دستگاه را برای تست ASTM D3039 تخمین بزنم؟
یک برآورد اولیه مفید به شرح زیر است:
نیروی مورد انتظار ≈ عرض نمونه × ضخامت نمونه × تنش کششی مورد انتظار
این یک نیاز تقریبی به نیروی نمونه را فراهم می کند. انتخاب نهایی سیستم همچنین باید نیروی بالایی مورد انتظار، دامنه کاری سلول بار، دسته ها، زبانه ها در صورت وجود، اندازه گیری کرنش و فضای آزمایش موجود را نیز در نظر بگیرد.
چرا یک کوپن CFRP کوچک می تواند به دستگاه تست کشش با نیروی بالا نیاز داشته باشد؟
زیرا نیروی مورد نیاز هم به سطح مقطع نمونه و هم به تنش کششی ایجاد شده توسط لمینت بستگی دارد.
برای مثال، یک نمونه ۳۰ میلی متر مربعی که به وضوح ۱۲۰۰ مگاپاسکال می رسد، تقریبا معادل ۳۶ کیلو نیوتن است. ابعاد فیزیکی کوچک لزوما به معنای آزمون با نیروی پایین نیست.
آیا برای ASTM D3039 به تب ها نیاز است؟
نه برای هر پیکربندی نمونه. راهنمای عمومی آزمایش D3039 اشاره می کند که تب ها در همه موارد اجباری نیستند و آن ها را به عنوان توصیه شده برای مواد یک طرفه توصیف می کند. نقش عملی آن ها کمک به مدیریت انتقال بار و کاهش آسیب نمونه های مرتبط با چسبندگی است.
کرنش در آزمون ASTM D3039 چگونه اندازه گیری می شود؟
بسته به ویژگی و پیکربندی نمونه مورد نیاز، ممکن است از آرایش های مناسب اکستنسومتری یا گیج کرنش استفاده شود. در مواردی که نسبت پواسون مورد نیاز باشد، هم اطلاعات کرنش طولی و هم عرضی لازم است.
چرا نمونه کششی مرکب نزدیک دسته مدام می شکند؟
خرابی مکرر در ناحیه گرفتن می تواند توجیه کننده بررسی آرایش گرفتن، وضعیت زبانه، معرفی بار، تراز و آماده سازی نمونه باشد. مقدار نیروی اوج باید همراه با محل و ظاهر شکستگی بررسی شود.
آیا RS-8000 می تواند برای ASTM D3039 استفاده شود؟
RS-8000 شامل 10–50 kN. می توان آن را زمانی ارزیابی کرد که نیروهای نمونه مورد انتظار و سایر الزامات اندازه گیری به طور مناسب در محدوده سیستم قرار بگیرند. خود ASTM D3039 ظرفیت مورد نیاز ماشین را تعیین نمی کند.
چه زمانی باید RS-8000A را در نظر بگیرم؟
RS-8000A
ساخت تست حول نمونه
ASTM D3039 روش آزمون را تعریف می کند.
این به این معنا نیست که هر آزمایشگاه ترکیبی به یک دستگاه کششی یکسان نیاز دارد.
ممکن است یک آزمایشگاه کوپن های نیروی نسبتا پایین را برای مقاومت کششی آزمایش کند.
نمونه دیگری ممکن است نمونه های CFRP با استحکام بالا داشته باشد که به انتهای بالایی یک سیستم ۵۰ کیلو نیوتن نزدیک
می شوند.یک سوم ممکن است به استحکام، مدول و نسبت پواسون در چندین پیکربندی لمینت نیاز داشته باشد.
همه سه نفر می توانند با ASTM D3039 کار کنند.
نیازهای تجهیزات آن ها می تواند متفاوت باشد.
یک مسیر انتخاب مفیدتر این است:
لمینت → نمونه هندسه → نیروی مورد انتظار → سلول بار → گرفتن / تب ها → تراز → اندازه گیری کرنش → ماشین
برای ITM-LAB، RS-8000 (10–50 kN) و RS-8000A ( 100–300 kN) دو بازه ظرفیت فراهم می کنند که می توان آن ها را بر اساس نیازهای مختلف کشش کامپوزیت ارزیابی کرد.
اگر قصد دارید یک سیستم تست ASTM D3039 تهیه کنید، اطلاعات لمینت، نقشه نمونه، عرض، ضخامت، مقاومت کششی مورد انتظار، نتایج مورد نیاز و محیط آزمایش را برای ما ارسال کنید.
این جزئیات بسیار بیشتر درباره سیستم تست درست به ما می گویند تا فقط عدد استاندارد.
