Zkoušení kompozitních materiálů

Transkript

1 Ivan Jeřábek Ústav letadlové techniky FS ČVUT v Praze 1

2 Zkoušky materiálových charakteristik Zkouška kompozitních konstrukcí 2

3 Zkoušen ení kompozitních materiálů Definice zkoušky definice vstupu a výstupu: integrální charakteristiky, chování vzorku specifikace požadavku na provedení zkoušky Požadavky na provedení zkoušky výběr vhodných postupů zkoušek a technologie výroby vzorku volba vhodného klíče označování vzorku volba systému archivace vzorku a naměřených dat 3

4 Základní materiálov lové charakteristiky Modul pružnosti modul pružnosti v tahu v podélném a příčném směru Poissonovo číslo modul pružnosti ve smyku Pevnost materiálu tahová pevnost v podélném a příčném směru tlaková pevnost v podélném a příčném směru smyková pevnost interlaminární pevnost 4

5 Podmínky provedení zkoušky ky Enviromentální podmínky teplota vlhkost prostředí pevnost [MPa] Provedení zkoušky typ příložek a upnutí vzorku rychlost zatěžování ,8 g/cm3 EC k43(68) T 700 SC VETROTEX TORAY CA SKLO UHLÍK ROVING výztuže TAH + 23 C TAH + 23 C W ET TAH + 54 C TLAK + 23 C TLAK + 23 C WET TLAK + 54 C INTER. SMYK + 23 C INTER. SMYK + 23 C WET INTER. SMYK + 54 C 5

6 Zkouška tahem pevnost v tahu modul pružnosti v tahu Poissonovo číslo Druhy zkoušek Zkouška tlakem pevnost v tlaku modul pružnosti v tlaku 6

7 Zkouška smykem pevnost ve smyku modul pružnosti ve smyku Druhy zkoušek Zkouška interlaminárního smyku pevnost v interlaminárním smyku 7

8 Zkouška ka tahem Zkouška provedena dle ASTM D3039/D 3039M-00 Na základě provedené zkoušky se stanoví pevnost v tahu modul pružnosti v tahu Poissonovo číslo Měření deformace se provádí extenzometrem do 0,5% deformace tenzometricky do 4% deformace z pohybu čelistí zkušebního stroje 8

9 Zkušební vzorek Zkouška ka tahem Zkušebním tělesem je (tenký) pásek o konstantním obdélníkovém průřezu, opatřený na koncích příložkami pro uchycení do čelistí zkušebního stroje. Rozměry zkušebního tělesa, závislé na druhu a orientaci vláknové výztuže 9

10 Výpočet modulu pružnosti v tahu Zkouška ka tahem E = μb μa σ σ b a μ a předepsaná deformace vzorku μ a =0,1% μ b předepsaná deformace vzorku μ b =0,3% σ a napětí ve vzorku pro deformaci μ a =0,1% σ b napětí ve vzorku pro deformaci μ b =0,3% 10

11 Zkouška ka tlakem Zkouška provedena dle SACMA SRM 1R-94 Na základě provedené zkoušky se stanoví pevnost v tlaku modul pružnosti v tlaku Stanovení pevnosti a modulu pružnosti vyžaduje dvě samostatné zkoušky Měření deformace se provádí tenzometricky do 4% deformace z pohybu čelistí zkušebního stroje 11

12 Zkušební vzorek Zkouška ka tlakem pro stanovení pevnosti pásek konstantního obdélníkovém průřezu, opatřený na koncích příložkami pro stanovení modulu (tenký) pásek o konstantním obdélníkovém průřezu Zkušební vzorek pro stanovení pevnosti v tlaku Zkušební vzorek pro stanovení modulu v tlaku 12

13 Výpočet modulu pružnosti v tlaku Zkouška ka tlaket lakem E = μb μa σ σ b a μ a předepsaná deformace vzorku μ a =0,1% μ b předepsaná deformace vzorku μ b =0,3% σ a napětí ve vzorku pro deformaci μ a =0,1% σ b napětí ve vzorku pro deformaci μ b =0,3% 13

14 Zkouška ka tlakem Zkouška provedena dle ASTM D Na základě provedené zkoušky se stanoví pevnost v tlaku modul pružnosti v tlaku Měření deformace se provádí tenzometricky do 4% deformace z pohybu čelistí zkušebního stroje 14

15 Zkušební vzorek Zkouška ka tlakem 15

16 Výpočet modulu pružnosti v tlaku Zkouška ka tlaket lakem Pro materiály s lineárním chováním Pro materiály s nelineárním chováním 16

17 Zkouška ka smykem Zkouška provedena dle ASTM D 5379/D 5379M 98 Na základě provedené zkoušky se stanoví pevnost ve smyku modul pružnosti ve smyku Měření deformace se provádí tenzometricky do 4% 17

18 Zkušební vzorek Zkouška ka smykem hranol obdélníkovém průřezu s dvěmi drážkami 18

19 Výpočet modulu pružnosti ve smyku Zkouška ka smykem E = μb μa σ σ b a μ a předepsaná deformace vzorku μ a =0,15% - μ a =0,25% μ b předepsaná deformace vzorku vyšší než μ b =0,4% Doporučená hodnota μ b μ a = 0,4% σ a napětí ve vzorku pro deformaci μ a σ b napětí ve vzorku pro deformaci μ b 19

20 Zkouška ka interlaminárn rním smykem Zkouška provedena dle ASTM D2344/D 2344M 00 Na základě provedené zkoušky se stanoví pevnost vzorku Výpočet pevnosti v inter. smykem σ = 0, 75 Kde F st F st b h zatěžovací síla při poruše vzorku b šířka vzorku h výška vzorku 20

21 Zkouška ka interlaminárn rním smykem Zkušební vzorek Zkušebním tělesem je hranol o konstantním obdélníkovém průřezu. 21

22 Technologie výroby vzorků Technologie výroby vzorku dělení vzorku pomocí diamantového kotouče dělení pomocí laseru dělení pomocí vodního paprsku 22

23 Technologie výroby vzorků Dělení pomocí diamantového kotouče levná a dostupná technologie obtížné upínání malých obrobků tepelné poškození obrobku Dělení vodním paprskem nutnost experimentálně ověřit řezné podmínky velká ovlivněná oblast v místě průstřelu levná a relativně dostupná technologie 23

24 Technologie výroby vzorků Posouzení vlivu lepeného spoje mezi příložkou a zkoušeným materiálem řešen tahový vzorek rowingu Torayca 700 SC Matematický model Skutečné trhliny na vzorku 24

25 Tenzometrická měření kompozitů Vliv ohřevu na měřenou veličinu 25

26 Tenzometrická měření kompozitů Vliv velikosti a typu tenzometru Teplotní kompenzace tenzometru teplotní kompenzace vhodným zapojením teplotní kompenzace nezatíženým vzorkem 26

27 Statistické zpracování měřených dat Minimální počet 5 vzorků Průměrná hodnota kde x..průměrná hodnota naměřené veličiny x x i..naměřená hodnota vzorku n...počet zkoušených vzorků n i= = 1 n x i 27

28 Statistické zpracování měřených dat Minimální a maximální hodnota měřené veličiny Směrodatná odchylka s n 1 = n i= 1 x 2 i nx n 1 2 Variační koeficient CV = s n 1 x

29 Děkuji Vám V m za pozornost Ivan Jeřábek FS ČVUT v Praze Ústav letadlové techniky Karlovo náměstí 13 Praha 2 jerab@aerospace.fsik.cvut.cz tel. :