Plastik ve Kompozitlerde Flexural Testine Giriş

Flexural testi – viraj testi olarak adlandırılır – bir köprüde en temel mekanik değerlendirmelerden biri, plastik ve kompozit malzemelere uygulanan, tüm çekme veya itme yanıtını ölçerek, bir malzeme testini doğrular, bir köprüde bir yük altında kirişler, ağır bir kısmı destekleyen plastik konut veya kompozit bir panel defekizleri kullanarak, bir malzeme testine cevap vererek, bir malzeme testini ölçmek için standart bir yöntem olmadan, makinelerin nasıl karşı karşıya kalacağına dair baskı uygular.

Bu amaçla en yaygın olarak kabul edilen standart, ASTM International tarafından yayınlanan (eski olarak test ve malzeme için Amerikan Topluluğu) tarafından yayınlanan ve betonarme ve elektriksel yalıtım malzemelerinin (Düzücük) mekanik özellikleri için standart test yöntemleri, betonarme ve betonarme özellikleri için standart test yöntemleri, üç noktalı bükme ile ilgili olarak, doğrulayıcı rolün doğrulanması için tekrarlanabilir ve kontrol edilebilir bir işlem sağlar.

Bu makale, ASTM D790'ü derinlikte araştırıyor: metodolojisi, hesaplamalar, gerçek dünya uygulamaları, diğer esnek standartlarla kıyaslama ve güvenilir veriler elde etmek için en iyi uygulamalar. bu standart malzeme bilim adamları için gereklidir, tasarım mühendisler, kaliteli yöneticiler ve herhangi biri plastik ve kompozit bileşenlerinin spesifikasyonu veya doğrulaması.

ASTM D790

Kapsam ve Applicability

ASTM D790, katı termoplastikler, termodeksiyonlar, dolu bileşikler ve çeşitli takviyeli kompozitler dahil olmak üzere geniş bir miktar malzeme için esnek özelliklerin belirlenmesini kapsar. Standart, testin ilk kısmında test edilen malzemeler için açıkça geçerlidir.

Specimens tipik olarak dikdörtgen barlar, alternatif geometriler belirli koşullar altında izin verilir. Standart iki prosedür arasında ayrım yapar: [[0)Procedure A), hangi bir ön hareket oranı 127 mm /min (0.05 in/min)% 5 su sınırlaması olmadan elde edilir ve bu oranlarda farklı olarak kontrol edilen fiberlerin farklı bir aralıkta kalmasına olanak sağlar.

Tarihsel Context ve Development

ASTM D790, daha önce metal ve ahşap için test yöntemlerinden elde edilen plastik malzemelerin büyüyen çeşitliliğine hitap etmek için on yıllar boyunca gelişti.Revisions, daha önce üretilen kompozitler ve veri analiz prosedürlerinden elde etti.Mevcut kompozit sürüm (ASTM D790-17) yüksek veya subambient sıcaklıklar için test için rehberlik, ince örnekler ve yüksek veya yüksek çözünürlükte bulunan yüzeyler için önerilerde bulunuyor.

ASTM D790 Test Prosedürü Detaylı

Specimen Hazırlık ve Ölçüler

Doğru flexural testi doğru örnek hazırlık ile başlar. ASTM D790, örneklerin uzun, genişlik ve kalınlıkta, tanımlanmış toleranslar içinde incelenebilir veya derinlemesine bir şekilde yönlendirilmesini sağlar.The standard recommended to minimize hear effects and indüktöre stresler. For material with highly anisotropic properties or for very kalın bölümler, Alternatif oranlar (örneğin 32:1 veya 40:1)

Anahtar boyut gereksinimleri şunlardır:

  • [FONT:0)Thickness: [Dönetici: [Dönetici: 3,125 $) ve 12.7 mm (0.5) malzeme katılığa bağlı olarak.
  • [FONT:0)Width:[Dönetici:[Dönetici: 0,0) Genel olarak standart örnekler için 12.7 mm (0.5 in) standart örnekler için kullanılabilir; daha geniş örnekler temsil davranışları yakalamak için dokumak için kullanılabilir.
  • [FONT:0)Length:[Dönetici:[Dönetici:0)[[Dönetici:0))[[[Dönetici:[Dönetici: · 1 ) · · 10- En az 10-20% her tarafta.
  • [FONT:0)Kondition:[[Dönetici:0)[Döneticiler, ASTM D618 veya eşdeğer olarak, genellikle 23°C ± 2°C ve% 50 ±% 5 göreceli nem testten en az 40 saat önce.

Geometry and Apparatus

Test fikstürü iki paralel destekten oluşur ve merkezi bir şekilde yükleme burnundan oluşur, tüm yuvarlak temas yüzeyleri, belirtilen yükün ortalama yüzde 1'ine zarar vermek için.The standard specifies the radii for the support and burun as a function ofL. The testing machine must be able to apply a constant crosshead processes within ±1% of the set rate, and the load cell must have an correct of at least ±1% of the specified load.

Üç noktalı bükme yapılandırması, doğrudan yükleme burnuna göre maksimum bir bükme anı yaratır.Bu yerelleştirilmiş stres konsantrasyonu, tek bir noktada başarısızlık başlatıldığı malzemeler için idealdir. ancak, birden çok çatlakları sergileyen malzemeler veya dış yüzey koşulunun birincil ilginin dört noktalı bükme (k suretiyle keşfedin) için, dört noktalı bükme (örneğin ASTM D62 tarafından keşfedin.

Test Execution ve Data Record

Test sırasında, örnek destek üzerine yerleştirilir, böylece uzunluğu destek için perpendiculardır ve yükleme burnu merkezileştirilmiştir.Çeçmiş orantadaki üst düzeye doğru hareket eder ve sürekli olarak defiyona girer.

  • Örnek kırıklar (köküz).
  • Yük, maksimum yükün belirtilen yüzdesine (genellikle% 5) düşer.
  • Dış fiber su basıncı% 5'e ulaşır (Verinin gözlemlendiği prosedürler için).

En yüksek yük, verilen bir güçte yük ve yük noktasındaki boşluk sonraki hesaplamalarda kullanılır.Seksal verim gücü, farklı bir veri noktası gözlemlense rapor edilebilir.

ASTM D790'den Anahtar Hesaplamaları

Flexural Güçlü Güç

Flexural gücü ( ⁇ )f) test sırasında örnek tarafından sürdürülen maksimum bükmedir. Üç noktalı bir bükme için basit kiriş teorisi formülü kullanılarak hesaplanır:

⁇ )f) = 3PL / (2bd2)

Nerede:

  • [FONT:0)P) = maksimum yük (N veya lbf)
  • [FONT:0)L[DÜT:1) = destek süresi (mm veya in)
  • [FONT:0)b) = örnek genişlik (mm veya in)
  • [FONT:0][DÜT:1][/FONT=tr|mm veya in)

Bu formül, malzemenin homojen olduğunu varsayıyor, izotropik ve lineer olarak maksimum stres noktasına kadar elastik.Politik malzemeler için önemli veyaotropy ile, bildirilen esnek güç test geometrisine bağlı olarak belirgin bir değer olarak düşünülmelidir.

Flexural Modulus

flexural modulus (E[D[DÜDÜ:0) [DÜDÜDÜDÜDÜDÜ) malzemenin bükmedeki katılığı temsil eder. Yük-depleme eğrisinin ilk lineer kısmından belirlenir, genellikle belirtilen bir basınç aralığı arasında (örneğin,% 0.05% ile).

E)[Dönem: 1 )

[FONT:0] [DÜDÜDÜDÜDÜT:0)[DÜDÜDÜT:0))[Üye Olmayanlar İçin Yük-lültme eğrisi, Lineer bölgeden önemli ölçüde farklı olabilir. Çünkü plastikler viskopirasyonel değere bağlıdır ve hear deformasyonu etkisine bağlıdır; ASTM D790 kontroller, bir fikre sahip olabilir.

Flexural Strain ve

Dış-fiber basıncı ( ⁇ ) [Dönetici:0) ölçülmeden hesaplanmıştır ([DD:2).

⁇ )f) = 6Dd / L2

Bu su basıncı değeri, malzeme kırılmadan% 5 susadığını belirlemek için kullanılır, bu da Prosedürden B'ye geçiş yapar.Eğer bir veri noktası %5'den önce gözlemlenirse, verimdeki stres flexural verim gücü olarak bildirilir.Bu parametreler hizmette uygulanabilir bir şekilde bükme gerektiren mühendisler için gereklidir.

Malzeme Seçme ve Kalite Kontrolünün Önemi

Flexural Data ile Mühendislik Tasarımı

ASTM D790 verileri doğrudan yükleri bükmeye maruz kalan bileşenler için tasarım hesaplamalarını bilgilendirir. Örneğin, otomotiv endüstrisinde, kesme panellerinde, bumper kirişleri ve iç para kazanımları çatlakları çatlaklar olmadan deformasyona karşı durmalıdır. Flexural modulus değerleri ASTM D790, mühendislere verilen bir yük altında silme ve aynı şekilde, tüketici elektroniklerinde, ince duvarlı plastik konutlarda, düzelmeler kalıcı hasar olmadan kazaramalıdır; flexural güç kılavuzları standart ABS, p Polikarbonat, veya güçlendirilmiş naylonlar arasındaki seçime izin verir.

Standart ayrıca rekabetçi malzemeleri karşılaştırmaya yardımcı olur. Bir tedarikçi, cam dolu bir plastik için 2.5 GPa'nın esnek bir modulusunu iddia edebilir - ancak standart bir test olmadan, bu tür iddialar anlamsızdır. ASTM D790, karşılaştırmaların bir seviyede oyun alanında yapılmasını sağlar, tutarlı bir şekilde- derinlemesine-to derinlemesine-gömülsüz protokolleri ile.

Kalite Kontrol ve İmalat Konsistency

Üretim ortamlarında, ASTM D790, her bir malzemenin aynı performans kıyaslanmasını veya ayrıştırılmış test çubuklarını doğrulayan bir araçtır, kaliteli yöneticiler müşterilere ulaşmadan önce doğrulayıcı eylemler tespit edebilir.

Kompozit üreticiler için, flexural testi özellikle fiber yönelime duyarlıdır, boşluk içeriği ve interlaminar bağ. flexural güçte bir damla bir delaminasyon problemini veya yetersiz tedaviyi işaret edebilir. Bu nedenle, ASTM D790 genellikle gelen materyal inceleme protokollerine dahil edilir ve SAE, ISO ve askeri standartlardan dolayı referanslanır.

Uygulamaları Across Industries

Otomotiv ve Ulaşım

Kamyonlarda yaprak baharları için araç panellerinden, cam elyaf-reinforced polimerler (CFRP) gibi hafif kompozitler, ağırlıkları azaltırken optik bileşenler için uygun malzemeler kullanılır.

Havacılık ve Savunma

Havacılık bileşenleri uçuş manevraları ve iniş sırasında aşırı bükme yükleri ile karşı karşıyadır. Kompozit kanat ciltleri, helikopter rotor bıçakları ve iç kabin panelleri, özellikle yüksek sıcaklıklı termoplastik testleri kullanılarak değerlendirilmektedir. ASTM D790, gelişmiş kompozitler için ASTM D7264 ile birlikte, sonlu element analizi için temel veriler sağlar (FEA) ve FAA veya EASA’nın altında sertifikalandırmak için standart bir miktar ısı kontrolü için özellikle değerlidir.

İnşaat ve Altyapı

Plastik borular, pencere profilleri, güverteler ve geogridler toprak basıncı altında bükmeye direnmeye, ayak trafiğine veya rüzgar yüklerine zarar vermek için temel malzemelere yardımcı olur.Okulak olmayan elemanlar için sivil mühendislerden kaynaklayın.

Tüketici Goods ve Tıbbi Cihazlar

Günlük ürünlerde – spor ekipmanları, oyuncaklar, cihaz konutları – esnek performans dayanıklılık ve kullanıcı güvenliğini etkiler. plastik ringler, cerrahi iş parçaları ve ortopedi parasal ekseğe güvenilir şekilde bağlı olarak FDA'ya genellikle eksperatif özelliklerde belirtilmiştir.

Diğer Flexural Standartları ile Karşılaştırma

ISO 178

ISO 178, ASTM D790'e uluslararası bir meslektaşıdır ve çoğu zaman 16:1'in eğimli testlerini yönetir: ISO 178, örnek kalınlığına ve istenen su basıncına dayanan test hızını belirler, ancak ASTM D790 sabit hızlarını kullanır (Procedur A veya B) ve sıklıkla malzeme davranışına bağlı olarak çalışır.

ASTM D6272 (DördüncüPoint S)

Üç noktalı yükleme altındaki stres dağılımının yükleme noktasında erken başarısızlıklara neden olduğu malzemeler için, [[0)ASTM D6272) dört noktalı bir bükme alternatifi sunar.Dönemli bir bükmede, en fazla laboratuvarlar iki yük burnu arasında sürekli olarak çalışır ve son doğrulama için D790'ye kadar tercih edilir.

ASTM D7264 (Composite Flexure)

Özellikle polimer-matrix kompozitleri için, [[0)ASTM D7264[Döneticileri için standart test yöntemidir.Politikanın iki katı ve dört nokta konfigürasyonları ve son derece ortootropik malzemeler için rehberlik içerir (örneğin, tek yönlü olarak laminatlar).

Flexural Test Sonuçları Etkileyen Faktörler Sonuçlar

Span-to-Depth Oran

Bu oran doğrudan ölçülen flexural modulus ve güç etkiler. daha küçük bir oran (örneğin, 10:1), modulus'da belirgin bir azalmaya neden olabilir. ASTM D790'in varsayılan 16:1 oranı, küçük bir damlatlamanın ve fikstürün aralığını aşacak kadar bir uzlaşmadır.

Specimen Durumlama ve Çevre Etkileri

Plastikler nemi absorbe eder ve mekanik özellikleri sıcaklıkla değiştirir. Standart laboratuvar koşullarında test edin (23°C,% 50 RH) reroducible sonuçlar için zorunludur. Ancak, birçok uygulama yüksek veya subzero sıcaklıklarında veri gerektirir. ASTM D790 izinler çevresel odalarda klima, ancak kullanıcı sıcaklık, nem ve soak zamanı belgelemelidir.

Yüzey bitirmek ve Defects

kirişin dış lifleri en yüksek çekme stresi taşır. Herhangi bir yüzey çizer, kalıp işaretleri veya boşluklar stres koncentratörleri olarak hareket edebilir, erken kırılmaya ve yapay olarak düşük esnek bir güç. Specimens, düzgün ve açık olmayan test barları için, kapı alanı farklı morfolojiye sahip olabilir; dikkatli kesme veya sıkıştırma bu sorunu hafifletebilir.

Hız Testi (Strain Rate)

Polimerlerdeki tüm mekanik testler ile, basınç oranı ölçülmüş özellikleri etkiler. Daha hızlı bir çapraz hız hem de tipik termoplastikler için güç ve moduluslar sağlarken, daha yavaş bir hız, ASTM D790'in iki prosedürü elastik bölgede sürekli olarak zorlamak için tasarlanmıştır, ancak operatörler malzemenin deformasyon davranışına dayanan doğru prosedürü seçmeli. 5 sulu su basıncına sahip bir malzeme için B'yi seçmek yanlış mod değerlerin sonucu olacaktır.

Doğru ASTM D790 Testleri için En İyi Uygulamalar

Optik test sonuçlarının güvenilir ve yenidenroducible olmasını sağlamak için, laboratuvarlar aşağıdaki en iyi uygulamalara uymalıdır:

  • [FONT=0)Verify fikstür hizasını:[Dönetici:[Dönetici:0) Yükleme burnu ve destek, paralel ve aşınma serbest olmalıdır. Mishrament torsion ve skews sonuçları tanıtmaktadır.
  • [FONT:0) Bir önceden yük kontrolü kullanın: Küçük bir kuvvet uygulayın (örneğin, en fazla beklenen% 1) örneği test başlamadan önce uygun olarak oturtulur.
  • [FONT=0)Measure deflection doğrudan:[Dön katı malzemeler için, çapraz defleksiyon önemli bir makine uyumunu içerebilir. Örnek olarak doğru modulus hesaplaması için bir deflectometre kullanın.
  • [FONT:0)Perform multiple replikler:[Döntilmişler:[D][D][/FONT=0)Perform multiple repler:[[[D][FONTT:0)[FONTT:0)Perform multiple repler:[D][FONT=FONT=0) ASTM D790, minimum beş örnek için test yapılmasını önerir.
  • [FONT:0] Tüm parametrelerin belirtilmesi:[Dönder:[Dönder: 0,8|Dönüşük, yarık oranı, örnek boyut, koşullu ortam ve standarttan sapmalar.
  • [FONT:0]Calibrate ekipmanları düzenli olarak: Yük hücreleri, yerinden edilme sensörleri ve sıcaklık odaları, izlenebilir standartları (örneğin, NIST) bir yıldan fazla sürmemelidir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

ASTM D790, plastik ve kompozitler için flexural testin temel taşı olarak kalır. dikkatlice tanımlanmış prosedürler - örnek hazırlık ve düzeltmeden geometri ve veri analizi yüklemeye kadar - mühendislerin ve malzeme bilim adamlarının tutarlı, karşılaştırılabilir ve uygulanabilir veriler elde ettiklerine dair bilgiler sağlar.

Malzeme teknolojisi ilerledikçe - yüksek performanslı termoplastiklerin yükselişi ile, biyo bazlı polimerler ve hibrit kompozitler - standart flexural testlerin önemi sadece büyür. ASTM D790, bu yeniliklerin yanı sıra gelişmeye devam ediyor, ince filmler, sıcaklık bağımlı özellikleri ve gelişmiş hesaplama modeli için yeni bir yol açıyor.

Standartın son versiyonu için, ESRAT:0)ASTM D790 sayfasındaki [[Dönetici Web Sitesi) ek olarak, [[Dönetici|Dönetici|Dönetici|profeksiyonu) ISO 178 standart) için tamamlayıcı rehberlik sağlar. Gelişmiş kompozit test için, [[Üyetim için [[D7264).