Випробування на розтягнення армованих вуглецевим волокном пластмас (CFRP) на слідах пошкодження; Якість
Випробування на розтяг на армованих вуглецевими волокнами пластмасах (CFRP)
Вистеження збитків
З метою збалансування вимог автомобільної промисловості щодо зменшення ваги розробляються численні нові матеріали. У разі пластмас та композитів це, наприклад, армований вуглецевим волокном пластик (CFRP) та армований скловолокном пластик (GFRP). Тут важливо поєднувати зниження ваги та високі міцнісні властивості. Уже використовуються різні матеріали, але в цьому напрямку ведуться постійні дослідження. Внутрішня структура композиційних матеріалів ускладнена, так що можуть відбуватися різні типи руйнувань або руйнувань, ніж у звичайних матеріалів. Якщо першопричину поломки можна проілюструвати за допомогою моделювання структурного аналізу, розробка автомобільних деталей, виготовлених із композитних матеріалів, робить великі успіхи.
Тому важливо розуміти механізм, за допомогою якого він походить і руйнується. Новий метод випробувань, розроблений Шимадзу спільно з японським космічним агентством Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), повідомляє про структуру композиційних матеріалів. Точна універсальна випробувальна машина Autograph AG-X плюс 250 кН та високошвидкісна відеокамера Hyper Vision HPV-X використовуються для визначення статичної поведінки руйнування CFRP на основі кривої демпфування сили випробування та зображень руйнування матеріалу.
Для випробувань лист ламінату CFRP виготовляли шляхом ламінування попередньо просоченого матеріалу волокнами, розташованими в одному напрямку. 16 шарів матеріалу з волокнами, розташованими при + 45 °, 0 °, -45 ° та + 90 °, ламінували у двошаровій композиції. Отвір діаметром 6 мм було просвердлено в центрі зразка цієї ламінованої плити CFRP. Відомо, що точки руйнування легко поширюються в композиційних матеріалах з місця оригінального пошкодження. Якщо є тріщина або отвір, міцність матеріалу помітно знижується. З огляду на безпечне використання матеріалів CFRP, надзвичайно важливо оцінити міцність зразків із відкритими свердловинами.
Тестова машина генерує сигнал камери
У цьому тесті зміна навантаження, яка сталася внаслідок поломки зразка, була використана для спрацьовування високошвидкісної відеокамери HPV-X. Зокрема, універсальна випробувальна машина AG-X-plus була створена для створення сигналу, як тільки випробувальна сила на зразку досягне половини свого максимуму. Цей сигнал надсилається на високошвидкісну відеокамеру.
Запис можна трактувати як такий, що зразок зламався в той момент, коли була досягнута максимальна сила випробування, тобто в момент раптового полегшення зразка. Ця система тестування може бути використана для проведення високошвидкісного сканування з метою детального вимірювання зміни сили тесту в діапазоні максимальної сили тесту. Часовий інтервал між точками даних на графіку тестової сили становить 3,3 мкс.
Подальші зображення 1 - 8 (сусіднє зображення) показують поведінку зразка під час процесу руйнування в районі свердловини. На зображенні 1 показаний момент розтріскування, що виникає на поверхні шару + 45 °. На цьому зображенні прикладене розтягуюче навантаження деформує круглу свердловину з діаметром отвору, який приблизно у 1,4 рази більший у напрямку тяги, ніж перпендикулярний напрямку тяги.
На зображенні 2 (верхній правий малюнок) тріщини, що виникли, прогресують навколо круглого отвору вздовж поверхні в положенні + 45 °. На фотографіях з 3 по 6 можна помітити значну зміну зовнішнього вигляду зразка поблизу кінця тріщини, яка триває праворуч від круглого отвору. Це говорить про те, що руйнується не тільки поверхневий шар, а й внутрішні шари. На основі зображень тієї ж площі та стану внутрішніх шарів, які можна побачити на краю круглої свердловини на знімках 7 та 8, внутрішній перелом швидко розвинувся в інтервалі часу 18 мкс між зображеннями 3 та 8.
Цифровий кореляційний аналіз зображення (DIC) (зображення праворуч), проведений на записах спостережень за руйнуванням, показує: чорним кольором позначаються ділянки поверхневого шару з низьким рівнем напружень у зразку, а червоні - під значним напруженням. При перегляді зображень з 1 по 4 виявляється, що навантаження в районі круглої свердловини розподіляється по діагоналі вліво (-45 °) і вниз вліво (+ 45 °). На зображеннях 5-8 показано фокусування навантаження по діагоналі в напрямку нижнього правого (-45 °) та верхнього правого (+ 45 °) свердловини в областях, які не були помітні на зображеннях 1-4. Це вказує на подію в поверхневому шарі зразка, яка нагадує процеси руйнування, які часто виявляються при випробуваннях на розтягування пластичних металевих матеріалів, наприклад, розповсюдження тріщини в напрямку максимального напруження зсуву. ■