ASTM D3039 خواص کششی مواد کامپوزیت ماتریس پلیمری

ASTM D3039 یک استاندارد پرکاربرد برای تعیین خواص کششی مواد کامپوزیتی است. به طور خاص، این استاندارد برای کامپوزیت هایی اعمال می شود که از یک ماتریس پلیمری تقویت شده توسط الیاف مدول بالا پیوسته یا ناپیوسته تشکیل شده اند.
با توجه به نسبت استحکام به وزن بالا، این نوع کامپوزیت ها معمولاً برای کاربردهای هوافضا، خودروسازی و انرژی های تجدیدپذیر استفاده می شوند.

این راهنما عناصر کلیدی تست ASTM D3039 از جمله تجهیزات، نرم افزار و نمونه های مورد نیاز را معرفی می کند.
ASTM D3039 چه چیزی را اندازه گیری می کند؟
آزمایش ASTM D3039 شامل اعمال نیروی کششی به یک نمونه (کوپن) و اندازه گیری خواص مختلف است. آزمایش بر روی یک دستگاه تست جهانی (که دستگاه تست کششی نیز نامیده می‌شود) انجام می‌شود و استاندارد شامل واحدهای اینچ پوند و SI است.

اندازه گیری های کلیدی عبارتند از:
استحکام کششی نهایی - حداکثر تنش اعمال شده (معمولاً در هنگام شکست)
کرنش کششی نهایی - کرنش در هنگام شکست
مدول کشش - سختی مواد
نسبت پواسون - نسبت تغییر در کرنش عرضی به طولی
کرنش انتقالی - در مواردی که ماده رفتار تسلیم را نشان می دهد همانطور که با تغییر شیب در پاسخ تنش-کرنش نشان داده می شود، کرنش انتقالی مقدار کرنشی است که در آن تغییر شیب رخ می دهد.
حالت شکست - نمونه های شکسته باید بررسی شوند و نوع خرابی، منطقه و محل آنها باید ثبت شود.

آیا ASTM D3039 استاندارد مناسبی است؟
ASTM D3039 یکی از اساسی ترین تست ها برای مشخص کردن خواص کششی مواد کامپوزیتی است. با این حال، استانداردهای دیگری برای ارزیابی بسیاری از خواص مکانیکی مختلف مواد کامپوزیتی ناهمسانگرد و ناهمگن وجود دارد، از جمله:

ASTM D3410 و ASTM D6641 برای تست فشرده سازی
ASTM D3518 برای آزمایش برشی در صفحه
ماژول کاربردی کامپوزیت در نرم افزار Instron's Bluehill Universal شامل یک روش آزمایشی از پیش پیکربندی شده برای ASTM D3039 و بسیاری از استانداردهای دیگر است. لیست کامل الگوهای متد موجود را مشاهده کنید.

انواع نمونه
نمونه های ASTM D3039 مستطیلی شکل با سطح مقطع ثابت هستند.
این استاندارد شامل هندسه های نمونه توصیه شده برای انواع مواد 0⁰ یک جهته، 90⁰ یک طرفه، متعادل و متقارن و تصادفی-ناپیوسته است.
ASTM D3039 را می توان هم برای تقویت‌کننده‌های فیبر پیوسته و هم برای تقویت‌کننده‌های الیاف ناپیوسته استفاده کرد، اما چیدمان نمونه ورقه‌ای باید با توجه به جهت آزمایش متعادل و متقارن باشد تا اطمینان حاصل شود که نمونه در هنگام بارگذاری پیچ خورده یا اعوجاج نمی‌یابد.

برگه های نمونه
در آزمایش کامپوزیت ها، استفاده از زبانه ها برای محافظت از مواد نمونه در برابر آسیب دیدن توسط دستگیره ها، معمول است. ASTM D3039 به زبانه ها نیاز ندارد، اما استفاده از آنها را هنگام آزمایش مواد یک جهته توصیه می کند.
زبانه ها را می توان به نمونه چسباند یا با اصطکاک در جای خود نگه داشت (مثلاً پارچه سنباده).

اندازه گیری نمونه
قبل از آزمایش، سطح مقطع نمونه باید اندازه گیری شود. این کار با اندازه گیری عرض و ضخامت در سه نقطه در قسمت گیج و میانگین اندازه گیری ها انجام می شود.

دستگاه های اندازه گیری نمونه
هنگامی که یک یا هر دو سطح نامنظم هستند، یک میکرومتر با رابط توپ برای اندازه گیری ضخامت مورد نیاز است.
اگر هر دو سطح صاف باشند، می توان از یک میکرومتر با یک توپ یا رابط صاف استفاده کرد.
برای اندازه گیری عرض نمونه از کولیس یا میکرومتر با سندان صاف استفاده کنید.
بهترین عمل: برای از بین بردن احتمال خطاهای ورودی و برای بهبود کارایی، از یک دستگاه اندازه گیری نمونه خودکار استفاده کنید که قادر است اندازه گیری ها را مستقیماً به نرم افزار آزمایش منتقل کند.
ویژگی دستگاه اندازه گیری نمونه خودکار در Bluehill Universal به اپراتورها اجازه می دهد تا حداکثر دو دستگاه (میکرو متر یا کولیس) را به طور همزمان وصل کنند.

دسته و تراز نمونه
گیره های کششی مورد استفاده برای نگه داشتن نمونه های کامپوزیت باید به اندازه کافی فشار قوی و یکنواخت داشته باشند تا از لغزش نمونه در طول آزمایش جلوگیری شود.

دستگیره های توصیه شده
دستگیره های گوه ای دستی دقیق
دستگیره های گوه ای هیدرولیک
هر دو نوع دستگیره نیروی گیره قابل اعتمادی را ارائه می دهند و از طراحی بدنه متحرک استفاده می کنند که نیروهای فشاری را هنگام بارگذاری نمونه به حداقل می رساند.