Încercări la tracțiune pe materiale plastice armate cu fibră de carbon (CFRP) pe urmele deteriorării; Calitate
Încercări la tracțiune pe materiale plastice armate cu fibră de carbon (CFRP)
Urmărirea daunelor
Se dezvoltă numeroase materiale noi cu scopul de a echilibra cerințele industriei auto în ceea ce privește reducerea greutății. În cazul materialelor plastice și al compozitelor, acestea sunt, de exemplu, plastic armat cu fibră de carbon (CFRP) și plastic armat cu fibră de sticlă (GFRP). Aici este important să combinați reducerea greutății și proprietățile de rezistență ridicată. Diverse materiale sunt deja utilizate, dar există o cercetare constantă în această direcție. Materialele compozite au o structură internă complicată, astfel încât pot apărea diferite tipuri de defecțiuni sau defecțiuni decât în cazul materialelor convenționale. Dacă cauza principală a eșecului poate fi ilustrată prin simulări de analiză structurală, dezvoltarea pieselor auto realizate din materiale compozite face pași mari înainte.
Prin urmare, este important să înțelegem mecanismul prin care își are originea și este distrus. O nouă metodă de testare dezvoltată de Shimadzu împreună cu agenția spațială japoneză Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) raportează structura materialelor compozite. O mașină de testare universală de precizie Autograph AG-X plus 250 kN și o cameră video de mare viteză Hyper Vision HPV-X sunt utilizate pentru a determina comportamentul de fractură statică a unui CFRP pe baza curbei de amortizare a forței de testare și a imaginilor de fractură a materialului.
Pentru teste, s-a realizat o foaie laminată CFRP prin laminarea materialului pre-impregnat cu fibre dispuse într-o singură direcție. 16 straturi de material cu fibre dispuse la + 45 °, 0 °, -45 ° și + 90 ° au fost laminate pe un aranjament cu 2 straturi. O gaură de 6 mm în diametru a fost forată în centrul unei probe din această placă laminată CFRP. Se știe că punctele de întrerupere se răspândesc cu ușurință în materiale compozite dintr-un loc de avarie original. Dacă există o fisură sau o gaură, rezistența materialului este redusă considerabil. În vederea utilizării în condiții de siguranță a materialelor CFRP, este, prin urmare, extrem de important să se evalueze rezistența probelor cu găuri deschise.
Aparatul de testare generează un semnal al camerei
În acest test, o schimbare de încărcare care a avut loc în timpul spargerii specimenului a fost utilizată pentru a declanșa camera video HPV-X de mare viteză. Mai exact, mașina de testare universală de precizie AG-X-plus a fost configurată pentru a produce un semnal de îndată ce forța de testare a eșantionului atinge jumătate din valoarea maximă. Acest semnal este trimis către camera video de mare viteză.
O înregistrare poate fi interpretată în sensul că specimenul s-a rupt în momentul în care s-a atins forța maximă de testare, adică în momentul reliefului brusc al specimenului. Acest sistem de testare poate fi utilizat pentru efectuarea scanării de mare viteză pentru a măsura în detaliu o schimbare a forței de testare în domeniul forței maxime de testare. Intervalul de timp dintre punctele de date din diagrama forței de testare este de 3,3 μs.
Alte imagini de la 1 la 8 (imaginea alăturată) arată comportamentul specimenului în timpul procesului de fractură în zona forajului. Imaginea 1 arată momentul de fisurare care apare în suprafața stratului de + 45 °. În această imagine, sarcina de întindere aplicată deformează gaura rotundă a burghiului, cu un diametru al găurii care este de aproximativ 1,4 ori mai mare în direcția de tragere decât perpendicular pe direcția de tragere.
În imaginea 2 (imaginea din dreapta sus), fisurile care au apărut progresează în jurul găurii rotunde de-a lungul suprafeței în poziția + 45 °. În fotografiile de la 3 la 6, se poate observa o schimbare semnificativă a aspectului extern al eșantionului aproape de capătul unei fisuri care continuă până la dreapta găurii rotunde. Acest lucru sugerează că nu numai stratul de suprafață, ci și straturile interioare se rup. Pe baza imaginilor din aceeași zonă și a stării straturilor interioare, care pot fi văzute la marginea sondei rotunde în imaginile 7 și 8, fractura internă s-a dezvoltat rapid în intervalul de timp de 18 μs dintre imaginile 3 și 8.
Analiza de corelație a imaginii digitale (DIC) (imaginea din dreapta) efectuată la înregistrările observațiilor fracturii arată: Negrul indică zone ale stratului de suprafață cu niveluri scăzute de stres în eșantion și zone sub stres considerabil în roșu. Privind imaginile de la 1 la 4, rezultă că sarcina din vecinătatea găurii rotunde este distribuită în diagonală în partea stângă sus (-45 °) și în partea stângă jos (+ 45 °). Imaginile 5-8 arată focalizarea sarcinii în diagonală în direcția dreapta jos (-45 °) și dreapta sus (+ 45 °) a forajului în zone care nu erau vizibile în imaginile 1-4. Acest lucru indică un eveniment din stratul de suprafață al eșantionului care seamănă cu procesele de fractură întâlnite adesea în testele de tracțiune a materialelor metalice maleabile, de exemplu propagarea fisurilor în direcția solicitării maxime de forfecare. ■