ASTM D3039 یک استاندارد آزمایش گسترده برای تعیین خصوصیات کششی مواد کامپوزیت است. به دلیل خاصیت سبک وزن و استحکام کششی بالا ، مواد کامپوزیت به طور فزاینده ای مورد توجه صنایع هوافضا و خودرو قرار می گیرند و برای جایگزینی فلزات در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار می گیرند. اگرچه انواع مختلفی از کامپوزیت ها وجود دارد ، ASTM D3039 فقط مربوط به مواردی است که از یک ماتریس پلیمری تقویت شده توسط الیاف مدل بالا تقویت شده است. این راهنما برای آشنایی شما با عناصر اصلی یک تست کششی ASTM D3039 ، از جمله مروری بر تجهیزات ، نرم افزار و نمونه های مورد نیاز ، شما را معرفی می کند. با این حال ، هر کسی که قصد دارد آزمایش ASTM D3039 را انجام دهد ، نباید این راهنما را جایگزین کافی برای خواندن استاندارد کامل در نظر بگیرد.
آزمایش ASTM D3039 با استفاده از نیروی کششی به یک نمونه (کوپن) و اندازه گیری خواص مختلف نمونه تحت استرس انجام می شود. این دستگاه بر روی یک دستگاه تست جهانی (که به آن دستگاه تست کششی نیز گفته می شود) انجام می شود و هر دو واحد اینچ پوند و SI را در یک استاندارد واحد ترکیب می کند. ASTM D3039 خصوصیات کششی زیر را اندازه گیری می کند:

استحکام کششی - حداکثر استرس اعمال شده در طول آزمایش (معمولاً استرس در زمان استراحت)
فشار کششی نهایی - فشار در استراحت
مدول کششی - چقدر مواد می توانند در پاسخ به استرس تغییر شکل دهند.
نسبت پواسون: نسبت تغییر در فشار عرضی به طولی بین دو نقطه کرنش طولی (معمولاً همان نقاط مورد استفاده برای تعیین مدول یعنی 0.1 تا 0.3 ٪)
کرنش انتقال: در مواردی که ماده رفتار عملکرد را نشان می دهد (به عنوان تغییر شیب در پاسخ به استرس نمایش داده می شود) ، کرنش انتقال مقدار کرنش است که در آن تغییر شیب رخ می دهد.
حالت خرابی: نمونه های شکسته باید مورد بررسی قرار گیرد و نوع خرابی ، منطقه و مکان آنها باید با استفاده از یک کد سه کاراکتر ثبت شود.
ASTM D3039 مختص پلاستیک های تقویت شده با ذرات یا الیاف کوتاه است و یکی از اساسی ترین تست هایی است که برای توصیف ، واجد شرایط بودن و تأیید خصوصیات کششی این مواد استفاده می شود. با این حال ، طیف گسترده ای از آزمایشات دیگر به منظور توصیف کامل خواص مکانیکی مختلف مواد کامپوزیت ناهمسانگرد و ناهمگن ضروری است. هرکسی که نیاز به آزمایش خصوصیات فشرده سازی یک کامپوزیت دارد ، باید به ASTM D695 مراجعه کند. کسانی که نیاز به آزمایش برشی درون یک کامپوزیت دارند ، باید ASTM D3846 را دنبال کنند. یک روش تست از پیش تنظیم شده برای D3039 ، به همراه بسیاری از روشهای آزمایش کامپوزیت دیگر ، در ماژول برنامه کامپوزیت های جهانی Bluehill گنجانده شده است.
نمونه های ASTM D3039 از نظر شکل مستطیل شکل با یک مقطع ثابت هستند. حداقل طول نمونه برابر است با طول کل طول + 2 x عرض + طول سنج ، اما طول های بیشتری به منظور به حداقل رساندن تنش های خمشی توصیه می شود. عرض و ضخامت نمونه باید از نظر مقدار الیاف نماینده مواد فله باشد. چهار هندسه نمونه پیشنهادی برای 0 درجه یک طرفه ، 90 درجه یک طرفه ، متعادل و متقارن و تصادفی دیسکنتورانه وجود دارد. ASTM D3039 می تواند برای تقویت کننده فیبر مداوم و ناپیوسته استفاده شود ، اما لایه بندی نمونه لمینت باید با توجه به جهت آزمون متعادل و متقارن باشد.
سطح مقطع نمونه باید قبل از آزمایش اندازه گیری شود-این کار با اندازه گیری عرض و ضخامت در سه مکان در طول سنج و میانگین آنها انجام می شود. هنگامی که یک یا هر دو سطح نامنظم هستند ، برای اندازه گیری ضخامت یک میکرومتر با رابط توپ لازم است. اگر هر دو سطح صاف باشند ، می توان از میکرومتر با یک توپ یا رابط مسطح استفاده کرد. برای اندازه گیری عرض نمونه ، میکرومتر یا کولیس با یک رابط آنویل مسطح لازم است. ویژگی دستگاه اندازه گیری نمونه اتوماتیک در Bluehill Universal به اپراتورها اجازه می دهد تا حداکثر دو دستگاه (میکرومتر یا کالیپر) را به رایانه وصل کنند و داده ها را مستقیماً به نرم افزار وارد کنند. این احتمال خطاهای ورودی را از بین می برد و کارآیی را افزایش می دهد
تست ASTM D3039 در یک دستگاه تست جهانی مدل بالا یا طبقه طبقه انجام می شود. یک سیستم 30 KN یا 50 KN ممکن است برای آزمایش کامپوزیت های فیبر شیشه ای کافی باشد ، اما یک سیستم 100 یا 250 KN برای آزمایش کامپوزیت های فیبر کربن مورد نیاز است.
چنگک های مورد استفاده برای نگه داشتن نمونه های کامپوزیت باید فشار کافی و حتی فشار را برای جلوگیری از لغزش نمونه در هنگام آزمایش فراهم کند. الگوهای صورت فک باید برای مواد مناسب باشد و در شرایط خوبی باشد. تراز دستگیره باید فشار خمش را در 3-5 ٪ در سطح کرنش متوسط ​​(> 1000μɛ) محدود کند.
طرح های مناسب برای ASTM D3039 شامل دستگیره گوه دقیق و دستگیره های گوه هیدرولیک است. هر دوی این دستگیره ها از یک طراحی بدنه در حال حرکت استفاده می کنند و در ضمن دستیابی به تراز مورد نیاز ، از توقف های مکان نمونه ای استفاده می کنند.
تعدادی از دستگاه های مختلف برای اندازه گیری کرنش در طول آزمایش در دسترس هستند. متداول ترین آنها اکستنسومتر است که بسته به نیاز آزمایشگاه شما در گزینه های مختلفی در دسترس است. ساده ترین طول یک سنج ثابت 2630 Clip-on برای اندازه گیری کرنش محوری است. یک اپراتور باید در ابتدای هر تست مستقیماً روی نمونه بر روی نمونه بچسبد و قبل از شکستن نمونه آن را حذف کند.
در صورت آزمایش نسبت پواسون ، برای اندازه گیری تغییر در عرض در طول منطقه الاستیک نمونه نیز باید یک اکستانسومتر عرضی اضافه شود. از یک اکستانسومتر عرضی مستقل می توان برای تکمیل یک اکستانسومتر کلیپ بر روی کلیپ یا اتوماتیک استفاده کرد ، یا می توان از یک دستگاه دو محوره برای اندازه گیری همزمان هر دو فشار محوری و عرضی استفاده کرد.
اغلب اوقات ، کامپوزیت هایی که مورد آزمایش قرار می گیرند ، در نهایت مقصد هستند که در شرایط غیر آمبینی مورد استفاده قرار می گیرند. برای شبیه سازی این برنامه های کاربردی نهایی ، ASTM D3039 در داخل یک محفظه دما انجام می شود که در آن می توان از گرمایش یا سرمایش (LN2 یا CO2) استفاده کرد. سنجهای کرنش یا اکستنومتر کلیپ می توانند تا حداکثر دمای 200 درجه سانتیگراد استفاده شوند. از طرف دیگر ، می توان از یک اکستنستر ویدیوی پیشرفته ویدیویی پیشرفته (AVE 2) استفاده کرد. AVE 2 در خارج از محفظه دما نصب شده است و از یک دوربین برای ردیابی تغییر شکل در نمونه در طول آزمایش استفاده می کند ، با این مزیت که اپراتورهای تست نیازی به باز کردن و بستن درب محفظه در حین آزمایش ندارند.
سنجهای کرنش مقاومت الکتریکی نیز در تعیین فشار در طول آزمایش ASTM D3039 مفید هستند. بر خلاف اکستنسومتر ، سنجهای کرنش موارد قابل مصرف هستند که می توانند برای اندازه گیری کرنش در هنگام خرابی استفاده شوند. این سنجها به طور معمول از یک شبکه فویل فلزی نازک تشکیل شده اند که با چسب به نمونه پیوند می یابد. از سنجهای کرنش می توان در شرایط محیطی از دمای کرایوژنیک تا بیش از 200 درجه سانتیگراد استفاده کرد ، اما برای تولید سیگنال الکتریکی مفید نیاز به تهویه دارد. یک آداپتور آسان برای استفاده با استفاده از الکترونیک استاندارد در یک دستگاه تست در دسترس است. از آنجا که مواد کامپوزیت قبل از خرابی به طور قابل توجهی تغییر شکل نمی دهند ، دقت شدید یک فشار کرنش باند گاهی اوقات می تواند از استفاده از اکستنسومتر برای آزمایش ASTM D3039 ارجح باشد.
آزمایش مواد کامپوزیت در شرایط غیر آمبینی معمولاً در داخل یک محفظه دما انجام می شود. این اتاق ها برای دستیابی به دمای بالا و خنک کننده نیتروژن یا دی اکسید کربن برای دستیابی به دمای پایین از همرفت هوای اجباری به همراه عناصر گرمایش مقاومت استفاده می کنند. اتاق های محیطی قابلیت آزمایش دما گسترده را برای ارزیابی خواص مواد در شرایط آزمایش غیر آمبین فراهم می کند. طیف کاملی از مکمل های مکمل ، پله و اکستنومتر در دسترس است.