Skúšky ťahom na plastoch vystužených uhlíkovými vláknami (CFRP) v prípade poškodenia; Kvalita
Skúšky ťahom na plastoch vystužených uhlíkovými vláknami (CFRP)
Sledovanie poškodenia
Vyvíja sa množstvo nových materiálov s cieľom vyvážiť požiadavky automobilového priemyslu na znižovanie hmotnosti. V prípade plastov a kompozitov to sú napríklad plast vystužený uhlíkovými vláknami (CFRP) a plast vystužený sklenenými vláknami (GFRP). Tu je dôležité kombinovať redukciu hmotnosti a vlastnosti vysokej pevnosti. Už sa používajú rôzne materiály, ale v tomto smere prebieha neustály výskum. Kompozitné materiály majú zložitú vnútornú štruktúru, takže môžu nastať rôzne typy porúch alebo porúch ako u bežných materiálov. Ak možno hlavnú príčinu poruchy ilustrovať pomocou simulácií štrukturálnej analýzy, vývoj automobilových dielov vyrobených z kompozitných materiálov robí veľké pokroky.
Je preto dôležité pochopiť mechanizmus, ktorým vzniká a je zničený. Nová testovacia metóda, ktorú spoločnosť Shimadzu vyvinula spolu s japonskou vesmírnou agentúrou Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), hlási späť štruktúru kompozitných materiálov. Presný univerzálny testovací stroj Autograph AG-X plus 250 kN a vysokorýchlostná videokamera Hyper Vision HPV-X sa používajú na stanovenie statického lomového správania CFRP na základe krivky tlmenia skúšobnej sily a snímok lomu materiálu.
Pre testy sa CFRP laminátová fólia vyrobila laminovaním predimpregnovaného materiálu s vláknami usporiadanými v jednom smere. Nalaminovalo sa 16 vrstiev materiálu s vláknami usporiadaných pri + 45 °, 0 °, -45 ° a + 90 ° v 2-vrstvovom usporiadaní. V strede vzorky tejto laminátovej dosky z CFRP bol vyvŕtaný otvor s priemerom 6 mm. Je známe, že hraničné hodnoty sa ľahko šíria v kompozitných materiáloch z pôvodného miesta poškodenia. Ak je prasklina alebo otvor, pevnosť materiálu sa znateľne zníži. Z hľadiska bezpečného použitia CFRP materiálov je preto mimoriadne dôležité vyhodnotiť pevnosť vzoriek s otvorenými vrtmi.
Testovací stroj generuje kamerový signál
V tomto teste sa na spustenie vysokorýchlostnej videokamery HPV-X použila zmena zaťaženia, ktorá nastala počas rozbitia vzorky. Konkrétne bol nastavený presný univerzálny testovací stroj AG-X-plus, ktorý produkuje signál, akonáhle skúšobná sila na vzorku dosiahne polovicu svojho maxima. Tento signál sa odosiela do vysokorýchlostnej videokamery.
Záznam možno interpretovať v tom zmysle, že vzorka sa rozbila v okamihu, keď sa dosiahla maximálna skúšobná sila, t. J. V čase, keď sa vzorka náhle uvoľnila. Tento testovací systém sa môže použiť na vykonávanie vysokorýchlostného skenovania s cieľom podrobne zmerať zmenu testovacej sily v rozsahu maximálnej testovacej sily. Časový interval medzi údajovými bodmi v grafe skúšobnej sily je 3,3 μs.
Ďalšie obrázky 1 až 8 (obrázok oproti) ukazujú správanie sa vzorky počas procesu zlomeniny v oblasti vrtu. Obrázok 1 zobrazuje moment prasknutia, ktorý sa vyskytuje na povrchu vrstvy + 45 °. Na tomto obrázku pôsobiace zaťaženie v ťahu deformuje guľatý vrt s priemerom otvoru, ktorý je asi 1,4-krát väčší v smere ťahu ako kolmý na smer ťahu.
Na obrázku 2 (obrázok vpravo hore) vzniknuté trhliny postupujú okolo okrúhleho otvoru pozdĺž povrchu v polohe + 45 °. Na fotografiách 3 až 6 je možné pozorovať významnú zmenu vonkajšieho vzhľadu vzorky blízko konca trhliny, ktorá pokračuje dole napravo od okrúhleho otvoru. To naznačuje, že sa rozbije nielen povrchová vrstva, ale aj vnútorná vrstva. Na základe snímok rovnakej oblasti a stavu vnútorných vrstiev, ktoré možno vidieť na okraji kruhového vrtu na snímkach 7 a 8, sa vnútorná zlomenina vyvinula rýchlo v časovom intervale 18 μs medzi snímkami 3 a 8.
Digitálna korelačná analýza obrazu (DIC) (obrázok vpravo) vykonaná na záznamoch pozorovaní zlomenín ukazuje: Čierna označuje oblasti povrchovej vrstvy s nízkou úrovňou napätia vo vzorke a červené oblasti pod značným napätím. Pri prezeraní obrázkov 1 až 4 sa ukazuje, že zaťaženie v blízkosti kruhového vrtu je rozložené diagonálne nahor doľava (-45 °) a dole doľava (+ 45 °). Na obrázkoch 5 až 8 je znázornené zaostrenie záťaže diagonálne v smere doprava dole (-45 °) a vpravo hore (+45 °) vrtu v oblastiach, ktoré na snímkach 1 až 4 neboli viditeľné. Toto naznačuje udalosť v povrchovej vrstve vzorky, ktorá sa podobá lomovým procesom, ktoré sa často vyskytujú v ťahových skúškach kujných kovových materiálov, napríklad šírenie trhlín v smere maximálneho šmykového napätia. ■