Szénszálerősítésű műanyagok (CFRP) szakítószilárdsági vizsgálatai a sérülések nyomában; Minőség
Szénszálerősítésű műanyagok szakítópróbái (CFRP)
A károk felkutatása
Számos új anyagot fejlesztenek ki azzal a céllal, hogy kiegyenlítsék az autóipar súlycsökkentési követelményeit. A műanyagok és kompozitok esetében ezek például szénszállal erősített műanyag (CFRP) és üvegszállal erősített műanyag (GFRP). Itt fontos a súlycsökkentés és a nagy szilárdsági tulajdonságok kombinálása. Különböző anyagokat már használnak, de folyamatos kutatás folyik ebben az irányban. A kompozit anyagok bonyolult belső szerkezettel rendelkeznek, így különböző típusú meghibásodások vagy meghibásodások fordulhatnak elő, mint a hagyományos anyagoknál. Ha a meghibásodás kiváltó okát strukturális elemzési szimulációkkal lehet szemléltetni, a kompozit anyagokból készült autóalkatrészek fejlesztése nagy előrelépést jelent.
Ezért fontos megérteni a keletkezés és a megsemmisítés mechanizmusát. Egy új vizsgálati módszer, amelyet Shimadzu a japán űrkutatási intézménnyel, a Japan Aerospace Exploration Agency-vel (JAXA) fejlesztett ki, beszámol az összetett anyagok szerkezetéről. Precíziós univerzális gépet, Autograph AG-X plusz 250 kN-t és nagy sebességű Hyper Vision HPV-X videokamerát használnak a CFRP statikus törési viselkedésének meghatározásához a vizsgálati erő csillapító görbéje és az anyag törési képei.
A vizsgálatokhoz CFRP laminált lapot készítettek úgy, hogy az előre impregnált anyagot egyetlen irányban elrendezett szálakkal laminálták. 16 réteg anyagot rétegeltek rá + 45 °, 0 °, -45 ° és + 90 ° szögben, 2 rétegű elrendezésben. Ennek a CFRP laminált lemeznek a közepén 6 mm átmérőjű lyukat fúrtak. A töréspontok köztudottan könnyen elterjednek az eredeti károsodás helyéről származó kompozit anyagokban. Ha repedés vagy lyuk van, az anyag szilárdsága érezhetően csökken. A CFRP anyagok biztonságos felhasználása érdekében ezért rendkívül fontos a nyitott fúrásokkal ellátott minták szilárdságának értékelése.
A tesztelő gép kamerajelet generál
Ebben a tesztben a próbatörés során bekövetkezett terhelésváltozást alkalmazták a HPV-X nagysebességű videokamera beindításához. Pontosabban, az AG-X-plus precíziós univerzális tesztgépet úgy állították be, hogy jelet adjon, amint a mintára gyakorolt vizsgálati erő eléri a maximum felét. Ezt a jelet a nagysebességű videokamera továbbítja.
A felvétel úgy értelmezhető, hogy a minta a maximális vizsgálati erő elérésekor, vagyis a minta hirtelen elengedésének pillanatában tört el. Ezt a vizsgálati rendszert nagysebességű letapogatásra lehet használni annak érdekében, hogy részletesen mérni lehessen a vizsgálati erő változását a maximális vizsgálati erő tartományában. A vizsgálati erődiagram adatpontjai közötti időintervallum 3,3 μs.
További 1–8. Kép (szomszédos kép) a minta viselkedését mutatja a törés során a fúrólyuk területén. Az 1. képen látható a repedési pillanat, amely a + 45 ° -os réteg felületén jelentkezik. Ezen a képen az alkalmazott húzóterhelés deformálja a kerek furatot, a furat átmérője körülbelül 1,4-szer nagyobb a húzás irányában, mint merőleges a húzás irányára.
A 2. képen (jobb felső kép) a felszín mentén a kerek furat körül kialakult repedések + 45 ° -os helyzetben haladnak. A 3–6. Fényképeken a minta külső megjelenésének jelentős változása figyelhető meg a repedés vége közelében, amely a kerek fúrólyuktól jobbra folytatódik. Ez arra utal, hogy nemcsak a felületi, hanem a belső rétegek is elszakadnak. Ugyanazon terület képei és a belső rétegek állapota alapján, amelyek a kerek fúrólyuk szélén láthatók a 7. és 8. képen, a belső törés gyorsan kialakult a 3. és 8. kép közötti 18 μs időintervallumban.
A törésmegfigyelések felvételein végzett digitális képkorrelációs elemzés (DIC) (kép a jobb oldalon) azt mutatja: A fekete a felületi réteg azon területeit jelöli, ahol a minta alacsony stresszszintet mutat, a vöröseket pedig jelentős stressz alatt. Az 1–4. Képeket nézve kiderül, hogy a kerek fúrólyuk közelében lévő terhelés átlósan oszlik el balra (-45 °) és lefelé (+ 45 °). Az 5–8. Képek a fúrás átlósan fókuszálását mutatják a fúrás jobb alsó (-45 °) és jobb felső (+ 45 °) irányába olyan területeken, amelyek az 1–4. Képen nem voltak láthatók. Ez egy olyan eseményt jelez a minta felületi rétegében, amely hasonlít a törésfolyamatokhoz, amelyeket a képlékeny fémanyagok szakítószilárdsági vizsgálatai során gyakran találnak meg, például repedés terjedését a maximális nyírófeszültség irányában. ■