Тестове за опън върху армирани с въглеродни влакна пластмаси (CFRP) по следите от повреди; Качество
Изпитвания на опън върху армирани с въглеродни влакна пластмаси (CFRP)
Проследяване на щетите
Разработват се множество нови материали с цел балансиране на изискванията на автомобилната индустрия по отношение на намаляването на теглото. В случая на пластмаси и композити това са например армирана с въглеродни влакна пластмаса (CFRP) и армирана със стъклени влакна пластмаса (GFRP). Тук е важно да се съчетаят свойствата за намаляване на теглото и висока якост. Вече се използват различни материали, но има постоянни изследвания в тази посока. Вътрешната структура на композитните материали е сложна, така че могат да възникнат различни видове повреда или повреда, отколкото при конвенционалните материали. Ако основната причина за повредата може да бъде илюстрирана чрез симулации на структурен анализ, разработването на автомобилни части, изработени от композитни материали, прави големи крачки напред.
Ето защо е важно да се разбере механизмът, по който произхожда и се унищожава. Нов метод за изпитване, разработен от Shimadzu заедно с японската космическа агенция Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), отчита структурата на композитните материали. Прецизна универсална тестова машина Autograph AG-X плюс 250 kN и високоскоростна видеокамера Hyper Vision HPV-X се използват за определяне на статичното поведение на счупване на CFRP въз основа на кривата на затихване на силата на изпитване и изображенията на фрактурата.
За тестове е направен ламиниран лист CFRP чрез ламиниране на предварително импрегниран материал с влакна, подредени в една посока. 16 слоя материал с влакна подредени при + 45 °, 0 °, -45 ° и + 90 ° бяха ламинирани в двуслойна подредба. В центъра на проба от тази ламинатна плоча CFRP е пробит отвор с диаметър 6 mm. Известно е, че точките на прекъсване се разпространяват лесно в композитни материали от оригинално място на повреда. Ако има пукнатина или дупка, якостта на материала значително намалява. Следователно с оглед безопасното използване на CFRP материали е изключително важно да се оцени здравината на пробите с отворени сондажи.
Тестовата машина генерира сигнал от камерата
В този тест се използва промяна на натоварването, настъпила в процеса на счупване на образеца, за да се задейства високоскоростната видеокамера HPV-X. По-конкретно, универсалната прецизна машина за изпитване AG-X-plus е създадена да генерира сигнал веднага щом изпитвателната сила върху пробата достигне половината от своя максимум. Този сигнал се изпраща към високоскоростната видеокамера.
Записът може да се тълкува в смисъл, че образецът се е счупил в момента, когато е достигната максималната сила на изпитване, т.е. по време на внезапното облекчаване на образеца. Тази система за изпитване може да се използва за извършване на високоскоростно сканиране, за да се измери в детайли изменение на силата на изпитване в диапазона на максималната сила на изпитване. Интервалът от време между точките от данни в графиката на тестовата сила е 3.3 μs.
Допълнителни изображения от 1 до 8 (снимка отсреща) показват поведението на пробата по време на процеса на счупване в областта на сондажа. Изображение 1 показва момента на напукване, който се появява на повърхността на слоя + 45 °. На тази снимка приложеното опънно натоварване деформира кръглия пробивен отвор с диаметър на отвора, който е около 1,4 пъти по-голям в посока на изтегляне, отколкото перпендикулярен на посоката на изтегляне.
На изображение 2 (горната дясна снимка) възникналите пукнатини се развиват около кръглия отвор по повърхността в положение + 45 °. На снимки от 3 до 6 може да се наблюдава значителна промяна във външния вид на пробата близо до края на пукнатина, която продължава надолу вдясно от кръглия отвор за пробиване. Това предполага, че не само повърхностният слой, но и вътрешните слоеве се счупват. Въз основа на изображения от същата площ и състоянието на вътрешните слоеве, които могат да се видят на ръба на кръглата сондаж на изображения 7 и 8, вътрешната фрактура се развива бързо в интервала от 18 μs между изображения 3 и 8.
Цифровият анализ на корелацията на изображението (DIC) (снимка вдясно), извършен върху записите на наблюденията на фрактурите, показва: Черното показва области на повърхностния слой с ниски нива на напрежение в пробата и червени области под значителен стрес. При разглеждане на изображения от 1 до 4 се оказва, че натоварването в близост до кръглата сондаж се разпределя диагонално нагоре вляво (-45 °) и надолу вляво (+ 45 °). Изображения 5 до 8 показват фокусирането на товара по диагонал в посока на долната дясна (-45 °) и горната дясна (+ 45 °) на сондажа в области, които не са били видими на изображения от 1 до 4. Това показва събитие в повърхностния слой на пробата, което прилича на процеси на разрушаване, често срещани при изпитвания на опън на ковък метален материал, например разпространение на пукнатини в посока на максимално напрежение на срязване. ■