Normy pro zjišťování mechanických vlastností kompozitových

Normy pro zjišťování
mechanických vlastností
kompozitových materiálů
Karel Doubrava
ČVUT v Praze, Fakulta strojní
• Zkoušení laminátů
– Vlákna, Matrice, Laminy, Lamináty
• Zkoušení sendvičů
• Odporová tenzometrie na kompozitních
konstrukcích
2
Vlákna
• ASTM D 3379
• ASTM D 4018
• Zkouška jednosměr. laminátu ASTM D 3039
Vlastnost f [%] 
Vlastnost 0 100
Vf
3
Matrice
• Tah ASTM D 638
Fmtu , Fmty , Emt , mt ,  mtu
• Tlak D 695 Fmcu , Fmcy , Emc , mc ,  mcu
(prizma, válce, tenké vzorky)
• Smyk ASTM E 143, ASTM D 5379
Fmsu , Fmsy , Gms
4
Druhy zkoušek – laminy, lamináty
•
•
•
•
Tah (ASTM D 3039)
Tlak (ASTM D 3410, ASTM D 695)
Smyk (ASTM D 3518, D 5379, …)
Interlaminární smyk (ASTM D 2344)
5
Tahová zkouška ASTM D 3039
• Pevnost v tahu
• Modul pružnosti
• Poissonovo číslo
 1b   1a
E1  b
 1   1a
a … 0,1%, b … 0,3%
6
ASTM D 3039 klasifikace poruch
1. znak
Mód poruchy
Angled
edge Delamination
Grip/tab
Lateral
Multi—mode
long.-Splitting
eXplosive
Other
2. znak
Plocha poruchy
A Inside grip/tab
D At grip/tab
G <1Wfrom grip/tab
L Gage
M Multiple areas
S Various
X Unknown
O
3. znak
Místo poruchy
I Bottom
A Top
A Left
G Right
M Middle
V Various
U Unknown
B
T
L
R
M
V
U
7
Tlakové zkoušky
• ASTM D-695 (SACMA SRM-1)
• ASTM D 3410 (Celanese, IITRI)
• ASTM D 5467
8/8
Tlakové zkoušky ASTM D-695
• Pevnost v tlaku
• Modul pružnosti v tlaku
 1b   1a
E1  b
 1   1a
http://www.wyomingtestfixtures.com/
9
Tlakové zkoušky ASTM D 3410
Celanese
IITRI
http://www.wyomingtestfixtures.com/
10
ASTM D 3410 klasifikace poruch
1. znak
Mód poruchy
Angled
Brooming
end-Crushing
Delamination
Euler bucling
tHrough-thickness
Kink bands
Lateral
Multi—mode
long.-Splitting
Transverse shear
eXplosive
Other
A
B
C
D
E
H
K
L
M
S
T
X
O
2. znak
Plocha poruchy
Inside grip/tab
At grip/tab
Gage
Multiple areas
Tab adhesive
Various
Unknown
3. znak
Místo poruchy
I Bottom
A Top
G Left
M Right
T Middle
V Various
U Unknown
B
T
L
R
M
V
U
11
ASTM D 5467
1. znak
Mód poruchy
skin to core Delamination
Filament fracture
tHrogh-tickness
Layer instability
local Wrinkling
Multi-mode
core Crushing
long.-Spliting
Transverse shear
eXplosive
Other
F cu
h 

P max lm  a  y  f 
2 




E
2
2wh f a  y   0 h a y 2 
Ef


h 

Pl m  a  y  f 
2 

c 


E
2
2wh f a  y   0 h a y 2 
Ef


2. znak
Plocha poruchy
3. znak
Místo
poruchy
D At load cyclinder A Left
F Gage
G Right
H Multiple areas M Middle
L Outside gage
O Various
W Various
V Unknown
M Unknown
U
C
S
T
X
O
L
R
M
V
U
 b  a
E  b
  a
a … 0,1%, b … 0,3%
12
Smykové zkoušky
• Jednoosý tah 45° laminátu
• Smykové testy s dvojitým a trojitým vedením
• Smykový vzorek s V vrubem (Iosipescu, s
vedením)
• Krut tenkostěnné trubky
13
Smyk - Jednoosý tah 45° laminátu
• BS EN ISO 14,129, ASTM D 3518
• Vzorek vrstva >0,125 mm, 16 vrstev
 11 
 xx
2
 xy;  22 
 xx
2
 xy;  12   xy  11   22 
 xx   yy
2
;  12   xx  yy
 xx
 12b   12a
G12 
 b
2 xx   yy   12   12a
Pmax
S12 
2bh
14
Smykové testy s dvojitým vedením
ASTM D 4255
2)
http://www.wyomingtestfixtures.com/
S xy 
Pmax
Lh
G12 
 xy
 xy

P
2 Lh 45
15
Smykové testy s trojitým vedením
ASTM D 4255
3)
http://www.wyomingtestfixtures.com/
S xy 
Pmax
2 Lh
G12 
 xy
 xy

P
4 Lh 45
16
Smyk -- Smykový vzorek s V
vrubem (Iosipescu) ASTM D 5379
u
Pi
P
u
F 
, i 
w h
w h
   45   45

http://www.wyomingtestfixtures.com/

G


17
ASTM D 5379
18
Smykový vzorek s V vrubem
ASTM D 7078
u
P
P
Fu 
, i  i
w h
w h
   45   45



G

http://www.wyomingtestfixtures.com/
19
ASTM D 7078
20
Krut tenkostěnné trubky
ASTM D 5448
2TRo
 Ro4  Ri4
 xy
 xy
G12 

 xy ( 45    45 )
 xy 


2)
21
Smyk krátkého nosníku
ASTM D 2344
http://www.wyomingtestfixtures.com/
22
Interlaminární pevnost
Mód I ASTM D 5528
GI 
3P
2ba
Mód I+mód II ASTM D 6671
23
Sendviče
•
•
•
•
Tah ASTM C 297
Tlak ASTM C 364, C 365, D7336
Smyk ASTM C 273, C393
Ohyb ASTM D 7249, D 5467
24
Příčný tlak ASTM C 364
Pmax

w(2t fs )
1. znak
Mód poruchy
Facesheet compression
Facesheet delam. Buckling
Honeycomb Facesheet Dimpling
Core Compression
Core Shear
Multi-mode
Overal Panel buckling
eXplosive
Other
2. znak
Plocha poruchy
F
B
D
C
S
M
P
X
O
At end
Gage
Various
Unknown
3. znak
Místo poruchy
A
G
V
U
Top
Bottom
Middle
Various
Unknown
T
B
M
V
U
25
Tah ASTM C 297
Fz
ftu
Pmax

A
http://www.wyomingtestfixtures.com/
26
Tlak ASTM C 365
Pmax
Fz 
A

P0,003  P0,001 t
fc
Ez 
 0,003   0,001 A
fcu
27
Smyk jádra ASTM C273

P

Lb
u
t

P / u t
G
Lb
1. znak
Mód poruchy
Core Shear
Interface failure
eXplosive
Other
2. znak
Plocha poruchy
S
I
X
O
At end
Gage
One Corner
Various
Unknown
3. znak
Místo poruchy
A
G
C
V
U
Top
Bottom
Middle
Entire Length
Various
Unknown
T
B
M
E
V
U
28
Smykové vlastnosti jádra z ohybu
sendviče ASTM C 393
ult
s
F
Pmax

(d  c)b
1. znak
Mód poruchy
core Crushing
skin to core
Delamination
Facing failure
Multi-mode
transverse Shear
eXplosive
Other
2. znak
Plocha poruchy
C At load bar
D Gage
3. znak
Místo poruchy
A Core
G Core-facing
bond
F Multiple areas M Bottom facing
M One Corner
C Top facing
S Various
V both Facing
X Unknown
U Various
O
Unknown
C
A
B
T
F
V
U
29
Vlastnosti potahů z ohybu
dlouhých nosníků ASTM D 7249
Pmax ( S  L)
F 
2(d  c)bt
u
konfigurace
Standardní
Nestanadrdní
4PB
Vzdálenost podpor
560 mm
Vzdálenost sil
100 mm
3PB
4PB čtvrtinová
4PB třetinová
S
S
S
0
S/2
S/3
1. znak
2. znak
3. znak
Mód poruchy
Plocha poruchy
Místo poruchy
core Crushing
skin to core Delamination
Filament fracture
tHrough-thickness
Layer instability
Multi-mode
longitudional sPlitting
teNsile
local Wrinkling
transverse Shear
eXplosive
Other
C At load bar
D Gage
F Multiple areas
H Outside gage
L Various
M Unknown
P
N
W
S
X
O
A Core
G Core-facing bond
M Bottom facing
O Top facing
V both Facing
U Various
Unknown
C
A
B
T
F
V
U
30
Odporová tenzometrie na
kompozitních konstrukcích
•
•
•
•
•
•
Velikost (6mm)
Odpor 350Ω, napájecí napětí →tepelný výkon
Teplotní kompenzace (půlmostové zapojení)
Dvousložkové tmely
Příprava povrchu
Vlhkost
31
Zdroje
1)
2)
3)
4)
Mallick, P. K. Composites Engineering Handbook, CRC Press, 1997, ISBN
0824793048
Hodgkinson, J.M. Mechanical testing of advenced fibre composites,
Woodhead Publishing 2000, ISBN 1855733129
Carlsson, L.A., Adams, D.F., Pipes, R.B. Experimental Characterization of
Advanced Composite Materials, Third Edition, CRC Press, 2002 ,
ISBN1587161001
COMPOSITE MATERIALS HANDBOOK – VOLUME 1, Polymer Matrix
Composites, Guidelines for Characterization of Structural Materials MILHDBK-17, US Army Research Laboratory, 2002, Fort Belvoir,
32