Два купона CFRP поставляются с одной и той же ламинированной панели. Оба имеют толщину 4 мм.
Один из них тестируется на опорном размахе 64 мм. Другой — более 128 мм.
Тот же материал. Та же толщина. Та же универсальная тестовая машина.
Должна ли сообщаемая сила изгибания оставаться одинаковой?
Не обязательно.
В композитном тесте на изгиб ASTM D7264 размах является частью теста, а не просто настройка крепления. Измените геометрию нагрузки или соотношение размаха к толщине — и вы измените состояние напряжения внутри купона. Измените способ измерения прогиба — возможно, вы измените результат жёсткости. Игнорируйте, где образец фактически отказался, и идеально чистый пик на кривой силы может вводить в заблуждение.
Вот почему настройка ASTM D7264 начинается с купона, а не с машины.
ASTM D7264/D7264M охватывает изгибные свойства полимерных матричных композитов, особенно материалов, усиленных непрерывными волокнами. Текущая ASTM D7264/D7264M-26 включает две конфигурации: Процедура A использует трёхточечную нагрузку, а Процедура B — четырёхточечную. Используется стандартное соотношение пролёта к толщине 32:1, что является одним из важных отличий этого метода от распространённых методов изгибания пластмасс, таких как ASTM D790 и ASTM D6272.
Это руководство сосредоточено на том, что означают эти требования на испытательном стенде: как метод загрузки влияет на отклик образца, почему важен соотношение 32:1, какое место отказа может сообщить, откуда исходит число отклонения и как превратить требования к купонам в практическую конфигурацию UTM и приспособления
.Что на самом деле происходит внутри ламината?
Тест на изгиб выглядит простым снаружи светильника
.Купон стоит на двух опорах. Крест двигается. Образец изгибается.
Внутри ламината ситуация сложнее.
При изгибе балки одна внешняя поверхность оказывается преимущественно в состоянии сжатия, а противоположная — в основном натяжение. Между ними лежит нейтральная ось. Через толщину также возникают поперечные сдвиговые напряжения.
Для однородного материала теория пучка даёт удобный способ описания этого распределения напряжений. Однако для ламинированного композита сам материал является направленным и слоистым.
Волокна могут нести большую часть продольной нагрузки. Матрица передаёт напряжение и поддерживает усиление. Интерфейсы между пластами вводят ещё один возможный путь урона.
Таким образом, купон не имеет только одного способа проваляться.
Образец CFRP может развить растянутое волокно на одной стороне, повреждение от сжатия на другой, деламинацию между слоями или повреждения ламината, связанного со сдвигами. Локальный контакт под носом нагрузки может привести к совершенно другому механизму отказа
.Это первая причина, почему самая высокая сила, зафиксированная UTM, никогда не должна интерпретироваться в изоляции.
ASTM D7264 Процедура A против Процедуры B
ASTM D7264 предоставляет лаборатории две схемы загрузки.
Процедура A — трёхточечное изгибание.
Экземпляр поддерживается в двух точках и заряжается одним носом в центре пролёта.
Процедура B — четырёхточечное изгибание.
Образец снова лежит на двух внешних опорах, но сила подаётся через два нагрузочных носа. Для D7264 расстояние между этими точками загрузки составляет половину опорного пролёта.
Это не просто два стиля приборов для получения одного и того же номера.
Трёхточечное изгиб концентрирует максимальный момент
С одним центральным носом максимальный момент изгиба происходит в центре.
Это означает, что наиболее напряжённая область сильно локализована вокруг одной позиции.
Если самый слабый значительный дефект ламината находится в другом месте купона, этот дефект может никогда не испытать такой же максимальный момент изгиба.
Четырёхточечное изгиб обнажает большую область
Между двумя нагрузочными носами в четырёхточечной конфигурации образец испытывает область максимального момента изгиба
.Это подвергает большую часть материала самым сильным условиям изгиба
.Для композитных материалов эта разница имеет значение.
Пустоты, локальная волнистость волокна, участки, богатые смолой, дефекты фанеры и другие вариации материалов не всегда возникают в точном центре каждого купона. Большая область с сильным напряжением даёт дефектам на большей части образца возможность повлиять на разрушение.
Это не делает процедуру B по своей сути «лучше».
Это делает всё другим.
ASTM отмечает, что Процедура A и Процедура B могут создавать немного разные значения свойств. При сравнении результатов следует использовать одну и ту же процедуру на протяжении всего сравнения.
Если в чертёже заказчика указана Процедура А, используйте Процедуру А.
Если у внутренней программы НИОКР есть выбор, задокументируйте выбранную процедуру и поддерживайте её согласованность между материалами, партиями и группами кондиционирования.
Соотношение 32:1 справляется
со своей задачейДля стандартной конфигурации ASTM D7264:
Опорный размах / толщина образца = 32:1
или:
L = 32 часа
где:
L = опорный размах
h = толщина образца
ASTM выделяет это соотношение 32:1 как одно из различий между D7264 и ASTM D790/D6272, где используется стандартное соотношение размаха к толщине 16:1. D7264 предназначен для оценки изгибающего поведения длинного пучка, тогда как ASTM D2344/D2344M охватывает силу короткого пучка.
Почему это важно?
Потому что изгиб и сдвиг не влияют одинаково на каждом пролёте.
Если уменьшить пролёт относительно толщины образца, поперечный сдвиг становится более значительным. Увеличивая относительный размах, отклик становится более доминируемым изгибом.
Это особенно важно для ламинированных композитов, поскольку межламинарное сдвиговое разрушение может произойти до того, как внешние волокна достигнут изгибающего положения, которое было предназначено исследовать испытание.
Так что когда оператор регулирует опоры, это не просто подгонка купона.
Это определяющая часть механического испытательного состояния.
Быстрый пример
Для ламината толщиной 2 мм:
32 × 2 = 64 мм
Для ламината толщиной 4 мм:
32 × 4 = 128 мм
Для ламинации толщиной 6 мм:
32 × 6 = 192 мм
Эта простая последовательность также говорит нам о выборе экипировки.
Если лаборатория планирует тестировать талоны толщиной от 2 до 6 мм, изгибающий прибор должен учитывать соответствующие опорные пролёты. Светильник, который физически останавливается на 100 мм, может быть вполне пригоден для образца размером 2 мм и непригоден для образцов размером 4 мм и 6 мм при том же соотношении 32:1
.Если поставщик получает только:
«Нам нужен светильник ASTM D7264.
»
До сих пор недостаточно информации для корректной настройки прибора.
Минимум, мы хотим знать, какие образцы попадут в неё.
Купон CFRP диаметром 4 мм: работал пример
Рассмотрим прямоугольный купон CFRP, тестируемый по процедуре A.
Для примера предположим:
Ширина, b = 13,0 мм
Толщина, h = 4,00 мм
Опорный размах, L = 128
ммПиковая нагрузка, P = 1 200 N
Для прямоугольного образца при трёхточечном изгибе связь изгибающих напряжений между внешней поверхностью принимает привычную форму:
σf = 3PL / 2bh²
Подставляя примерные значения:
σf = (3 × 1 200 × 128) / (2 × 13 × 4²)
что даёт приблизительно:
σf = 1 108 МПа
или:
1.11 GPa
Это число полезно, но расчёт показывает ещё кое-что, что легко упустить.
Посмотрите на знаменатель:
h²
Толщина выравнивается в квадрате.
Теперь предположим, что фактический образец имеет толщину 4,00 мм, но в расчёт зачисляется 4,10 мм.
Всё остальное остаётся прежним.
Использование 4,10 мм:
σf ≈ 1 054 МПа
Сообщаемое напряжение сместилось примерно от следующего:
1 108 МП→ 1 054 МПа
разница примерно в 4,9%.
В машине ничего не изменилось.
В пиковой силе ничего не изменилось.
В ламинате ничего не изменилось.
Только значение толщины изменилось на 0,10 мм.
Вот почему мы не будем строить отчёт D7264 только на основе номинальной толщины чертежа. Измеряйте купон в соответствии с требованиями метода и поддерживайте последовательность измерения в сравнении.
Для тонких композитных ламинатов метрология образцов является частью механического теста.
Направление волокна может изменить ответ до начала теста
Два купона могут иметь одинаковые внешние размеры и при этом механически представлять очень разные материальные системы.
Рассмотрим однонаправленный ламинат
.Образец, разрезанный преимущественно вдоль направления волокна, и один поперечный к нему не несёт изгибающую нагрузку одинаково
.Та же проблема встречается и с более сложными бросками.
Ламинат с доминированием [0°], ламинат с доминированием [90°], конструкция с поперечной фанерой и квази-изотропный ламинат не должны считаться взаимозаменяемыми только потому, что все четыре купона изготовлены из «CFRP».
Вот почему полезный составный отчёт по тесту должен сохранять достаточно информации, чтобы определить, что именно было тестировано.
Одного только обозначения материала может быть недостаточно.
В зависимости от программы полезная информация может включать конструкцию ламината, обозначение укладки, ориентацию образца относительно панели, толщину, ширину, состояние кондиционирования, процедуру испытаний и пролёт опоры.
Если одна партия была разрезана продольно, а другая поперечно, отличная повторяемость машины не спасёт плохую сравнение.
Если здесь сломается, спросите почему
Чистый пик кривой отклонения силы и отклонения выглядит
обнадёживающе.Сломанный купон заслуживает не меньше внимания.
Разрыв в предполагаемой области высокого изгиба
Начните с изучения, какая поверхность стала причиной разрушения и как выглядит перелом
.Разрыв растягивающего волокна, повреждения от сжатия и комбинации разрушения матрицы и волокна могут возникать в зависимости от архитектуры ламината.
Отказ в ожидаемой области не гарантирует автоматическую валидацию всех аспектов теста, но он гораздо информативнее, чем просто фиксация максимальной силы.
Повреждения непосредственно под носом нагрузки
Внимательно посмотрите на зону контакта.
Если ламинат локально сжимается под носом до развития предполагаемого разрушения изгиба, измеренный пик может контролироваться контактным повреждением.
Это не тот же вопрос, что:
«Насколько прочный этот ламинат при изгибе?»
Длинный разрез между слоями
Видимый трещин, проходящий вдоль ламината, может указывать на деламинацию или интерламинарное воздействие.
Спросите, был ли достигнут желаемый изгиб длинного луча до того, как повреждение стало контролирующим.
Отказ рядом с опорой
Не просто сохраняйте пиковую нагрузку и переходите к следующему купону.
Проверьте пролёт, положение образца, опорный контакт, выравнивание и сам образец.
Повторяющийсясбой не в том месте — это информация о самой установке.
Когда образец ломается в неожиданном месте, изучите местоположение, прежде чем интерпретировать число.
Когда более высокая пиковая нагрузка может быть хуже
Представьте себе два номинально одинаковых купона.
Купон А охватывает:
1,20 кН
и не работает в предполагаемой области высокого изгиба
.Купон B охватывает:
1,28 кН
Однако осмотр показывает сильное локальное сдавливание прямо под носом загрузки.
Какой купон показал более высокую действительную прочность изгиба?
Ответ нельзя определить, исходя только из 1,20 против 1,28 кН.
Купон B давал более крупные машинные показания. Также получилось доказательство того, что другой механизм отказа мог контролировать это измерение.
Это различие имеет значение, когда тестовое программное обеспечение автоматически создаёт отчёт с максимальной силой, максимальным напряжением и результатами прохождения/неуспеха.
Числовой отчёт может быть внутренне согласованным, но при этом пропускать самое важное диагностическое наблюдение из теста.
Для композитного изгиба сохраняйте кривую.
Но посмотрите на купон
.Кривая тоже имеет свою историю
Проверка на повреждения не должна заменять кривую силы-отклонения. Они принадлежат друг другу.
В начале теста может появиться небольшая зона для сидения, когда образец, опоры и носовой нос устанавливают полный контакт
.Основная восходящая часть кривой отражает структурную реакцию купонной и тестовой системы.
Отклонение от ожидаемой линейной реакции может указывать на начало повреждения или нелинейное поведение
.Резкое падение нагрузки может сопровождаться внезапным разрушением.
Более постепенное снижение после пика может происходить по мере прогрессирующего развития повреждений
.Некоторые ламинаты создают несколько падений нагрузки вместо одного чистого разрыва, поскольку отдельные слои или интерфейсы могут выйти из строя, а оставшаяся конструкция продолжает нести нагрузку.
Это полезная диагностическая информация.
Если одна группа купонов неоднократно даёт плавный, повторяемый отклик, а другая — ранние разрывы и большое рассеяние, разница заслуживает внимания, даже если их средние пиковые силы схожи.
Таким образом, кривую следует рассматривать не просто как путь к одному максимальному значению.
Откуда взялось это число отклонения?
Откройте отчёт и найдите колонку отклонения.
Перед тем как использовать его для вычисления жесткости или модуля, задайте один вопрос:
Где это измерялось?
UTM знает, как далеко прошёл его движущийся крест или актуатор.
Это движение может включать не только изгиб образцов.
Это может включать вклад в соответствие требованиям машины, деформации крепления, контактного сиденья и способа вращения купона относительно опор и носовой носовой панели.
Измерение смещения, проводимое непосредственно в образце, пытается ответить на другой вопрос: насколько сам образец отклонился в определённом месте измерения?
Эти числа не являются автоматически идентичными.
Это различие может мало повлиять на простой внутренний тест, единственная цель которого — сравнивать максимальную силу при фиксированной установке.
Он становится гораздо важнее, когда требуемый результат зависит от наклона реакции силы-отклонения.
Вот почему «у машины есть измерение смещения» не является полным ответом при настройке теста на изгибающий модуль
.Каждый современный электромеханический UTM сам измеряет своё движение.
Инженерный вопрос таков:
Какое перемещение требуется для расчёта?
Когда результаты ASTM D7264 выглядят неправильно
Повтор полезен только если завязка уже правильная. Когда одно и то же аномальное поведение повторяется, используйте этот паттерн как диагностическую информацию.
| Что вы видите | Что проверить в первую | очередь
|---|---|
| Сила стабильно ниже ожидаемого | Фактические размеры, размах опоры, ориентация образца и режим отказа |
| Преждевременная деламинация | Соотношение пролёта и толщины, качество ламинации и состояние кромки |
| Сдавливание под носом загрузки | Геометрия контакта, поверхность образца и влияет ли локальный контакт на разрушение |
| Модуль варьируется, при этом пиковая сила относительно стабильна | Канал отклонения, посадка, вход толщины и соответствие приборам/машине |
| Крупное рассеяние от купона к купону | Укладка, направление волокон, расположение панели, толщина и подготовка образца |
| Начальное движение до появления значимой нагрузки | Посадка, нулирование и контакт с прибором |
| Отказы повторяются рядом с опорой | Разлёт, позиционирование, выравнивание, контакт и локальные дефекты |
| Процедуры A и B дают разные значения | Не смешивайте эти две процедуры в одном прямом сравнении |
| Результат D7264 отличается от данных D790 | Подтверждать, что два разных метода тестирования не считаются эквивалентными |
Последние два момента особенно важны, когда лаборатории унаследовывают исторические данные.
Таблица, полная значений «прочности на изгиб», не обязательно является одним сопоставимым набором данных.
Нужно знать, как эти ценности были созданы.
ASTM D7264 против D790 против D6272 против D2344
Все четыре метода включают изгибание или балочные нагрузки. Они не взаимозаменяемы.
| Стандарт | Основное применение | Загрузка | Ключевое отличие |
|---|---|---|---|
| ASTM D7264/D7264M | Полимерные матричные композиты | 3-очковый или четырёхочковый | Изгибательные свойства композита длинной балки; стандартное соотношение размаха и толщины 32:1 |
| ASTM D790 | Пластики и изолирующие материалы | Трёхочковый | Изгибательные свойства пластмасс; стандартная геометрия обычно использует 16:1 |
| ASTM D6272 | Пластик | 4-пунктовый | Четырёхточечное испытание на изгиб пластмасс |
| ASTM D2344/D2344M | Полимерные матричные композиты | Короткобалочная нагрузка | Сила короткого луча / интерламинарная чувствительность |
Изгибающий прибор не определяет метод испытания.
Та же универсальная испытательная машина может работать с D7264 и D790, но система D790 не становится тестом D7264 только потому, что машина может сгибать оба образца.
Материал, геометрия образца, размах и процедура загрузки всё ещё имеют значение.
Что на самом деле нужно делать UTM
Теперь мы можем выбрать оборудование.
Обратите внимание, как поздно появляется объём машины в обсуждении.
Это сделано намеренно.
Для ASTM D7264 полезная система должна хорошо выполнять четыре задачи.
Измерьте фактическую рабочую нагрузку
Предположим, что доступна рамка мощностью 50 кН, и ожидается, что композитный купон выйдет из строя около 1,5 кН.
Рама имеет достаточную ёмкость.
Это не делает полный диапазон измерения в 50 кН оптимальным выбором для теста.
Ожидаемая рабочая сила, диапазон измерений, точность и запас перегрузки следует учитывать вместе.
Ёмкость рамы ≠ рабочая нагрузка ≠ диапазон измерения
Это различие важнее, чем просто выбор объёма следующей машины выше ожидаемой пиковой силы.
Подогнать требуемый пролёт
Вернёмся к примеру с 4 мм.
Соотношение 32:1 требует:
128 мм
опорного диапазона.
Более толстый купон может потребовать значительно больше.
Изгибающий прибор требует достаточного диапазона регулировки, и весь прибор всё равно должен помещаться в доступное испытательное пространство UTM.
Сохраняйте необходимую геометрию нагрузки
Процедура A требует соответствующего трёхточечного расположения.
Процедура B требует соответствующего четырёхпунктового расположения.
Для нагрузочных носов и опор также необходима соответствующая геометрия, расположение и выравнивание для необходимого теста.
Машина с достаточной силой, но неправильным креплением — это не тестовая система D7264.
Получите данные, которые действительно нужны для расчёта
Если проекту нужна только контролируемая кривая отклонения силы и максимальная сила, одна конфигурация измерения может быть достаточной.
Если требуется гибкальный модуль или другой выход, связанный с жесткостью, измерение отклонения заслуживает более тщательного изучения.
Сначала определите результат
.Затем определите датчик
.Где помещается RS-8000
Универсальная испытательная машина ITM-LAB RS-8000 охватывает конфигурации рам мощностью 10–50 кН и может быть настраивана для применения на растяжение, сжатие и изгибание.
Однако для композитного изгибательного тестирования ASTM D7264 номер модели является только отправной точкой.
Полезнаяконфигурация должна быть построена вокруг купона:
Ожидаемая рабочая сила
Процедура A или Процедура B
Толщина образца
Требуемый опорный пролет
Ширина и длина образца
Геометрия загрузки/поддержки
Требуемое измерение
отклоненияДоступное испытательное пространство и путешествия
Требуемый результат и отчётность
Для многих тестов купонов CFRP и GFRP вопрос выбора ключа, скорее всего, заключается в том, сможет ли кадр 50 кН физически выдержать нагрузку.
Более полезный вопрос — правильно ли система измеряет фактический рабочий диапазон и воспроизводит ли нужную геометрию.
Вот в чём разница между выбором UTM и настройкой тестовой системы.
Один купон, один пример конфигурации
Возьмём более ранний образец:
Материал: CFRP
ламинат Процедура: ASTM D7264 Процедура A
Толщина: 4,00
мм Ширина: 13,0
мм Требуемое соотношение: 32:1
Опорный размах: 128
мм Ожидаемая максимальная сила: примерно 1–2кН
Требуемые результаты: прочность изгиба + кривая отклонения силы
Только из этой информации уже видно несколько требований к оборудованию.
Светильник должен достигать опорного размаха 128 мм.
Машине требуется достаточно места для светильника, купона и тестового поездки.
Конфигурация измерения силы должна быть соответствующей рабочей нагрузке примерно в ожидаемой области 1–2 кН, а не выбираться исключительно из максимальной мощности кадра.
Если требуются свойства, связанные с жесткостью, необходимо определить метод измерения смещения.
И нагрузочный элемент должен соответствовать Процедуре A.
Только после установления этих условий происходит:
«Какая модель UTM?»
Стать полезным финальным вопросом.
Что отправлять с ASTM D7264 RFQ
«Нам нужна машина ASTM D7264», — говорит нам стандарт, но пока не определяется система тестирования.
Гораздо более полезный RFQ содержит:
Стандарт / редакция: ASTM D7264/D7264M-26 или версия, требуемая вашим клиентом
Процедура: A / B / пока не определена
Композит: CFRP / GFRP / другой полимерный матричный композит
Укладка или ориентация волокна: если она известна
Размеры образца: толщина × ширина × длина
Ожидаемая рабочая нагрузка или прочность на изгиб: если доступно
Требуемые выходы: максимальная сила / сила на изгиб / модуль отклонения
Требование измерения отклонения: если указано
Объём теста: приблизительный образец на партию или за день
Если образец рисунка уже доступен, отправьте его.
Для выбора оборудования чертёж часто отвечает на более полезные вопросы, чем запрашиваемый объём станка.
FAQ
Каково соотношение пролета к толщине ASTM D7264?
Стандартное соотношение размаха к толщине составляет 32:1. Например, образец размером 4 мм соответствует опорному размаху 128 мм при стандартном соотношение.
В чём разница между процедурой ASTM D7264 и процедурой B?
Процедура A использует трёхточечную нагрузку с одним центральным носом. Процедура B использует четырёхточечную загрузку с двумя носовыми носами. В четырёхточечной схеме D7264 пролёт нагрузки составляет половину опорного пролёта. Поскольку распределения напряжений различаются, эти две процедуры не следует смешивать при прямом сравнении результатов материала.
ASTM D7264 против ASTM D790: в чём разница?
ASTM D7264 предназначен для обладания изгибающими свойствами полимерной матрицы, особенно композитов, усиленных непрерывными волокнами. ASTM D790 в первую очередь является методом изгиба пластмасс. D7264 использует стандартное соотношение пролёта к толщине 32:1 по сравнению со стандартным соотношением 16:1, связанным с D790.
Можно ли использовать смещение кроссхеда для композитного изгибательного модуля?
Не предполагайте, что ход крестоголовки и отклонение образца идентичны. Движение кроссхеда может содержать деформацию машины, крепления, контакта и образца. Когда требуется результат, связанный с жёсткостью, уточните, какое измерение смещения требуется для соответствующей процедуры и расчёта.
Какой размер UTM требуется для ASTM D7264?
Для каждого приложения D7264 нет одной кН ёмкости. Начните с размеров образца, ожидаемой рабочей нагрузки, размаха опор и необходимых результатов измерений. Затем выберите раму, диапазон измерения нагрузки, изгибающий элемент и измерение отклонения в одной системе.
Число полезно только в том случае, если критерий, лежащий за ним,
определенASTM D7264 легко узнать на лабораторном этаже.
Два поддержки. Один-два заряжающих носа. Между ними — композитный купон
.То, что отличает полезное свойство материала от обычного показания пиковой силы, происходит в деталях.
Использовалась ли процедура А или Б?
Был ли размах основан на реальной толщине купона?
Был ли образец нарезан в нужном направлении материала?
Где он провалился?
Повреждения были вызваны изгибающими, интерламинарными или контактными?
Откуда взялся сообщаемый отклонение?
И была ли система измерения силы настроена под нагрузку, которую фактически производит купон?
На эти вопросы следует ответить до выбора наибольшего числа kN в каталоге UTM.
Для проекта ASTM D7264 начинайте с требования к рисованию образца и испытанию. Далее пролёт опор, геометрия крепления, диапазон сил, измерение смещения и конфигурация станка становятся гораздо проще определить.
Сначала определите образец, размах и размер. Выбери машину вторую.
