سه شنبه ۱ اسفند ۱۳۹۶ - Tuesday 20 February 2018
توضیحات توضیحات
کد خبر : 1837
تاریخ انتشار : چهارشنبه ۴ بهمن ۱۳۹۶ - ۲۱:۲۸
70 بازدید

نکاتی در مورد آزمون‌های قطعات کامپوزیتی (قسمت دوم/پایانی)

انجام آزمون خمشی ساده است ولی وضعیت تنش و حالت های شکست نمونه، شکلی پیچیده دارد. تحت هر دو نوع بارگذاری سه نقطه ای و چهار نقطه ای، تنش های کششی، فشاری و برشی در راستای طول و عرض نمونه به وجود می آیند؛

آزمون خمشی و تخمین استحکام کامپوزیت
انجام آزمون خمشی ساده است ولی وضعیت تنش و حالت های شکست نمونه، شکلی پیچیده دارد. تحت هر دو نوع بارگذاری سه نقطه ای و چهار نقطه ای، تنش های کششی، فشاری و برشی در راستای طول و عرض نمونه به وجود می آیند. علاوه بر این پیچیدگی های، کامپوزیت های تقویت شده با الیاف، معمولا دارای استحکام کششی و فشاری مختلف هستند که با تغییر آرایش الیاف، تغییر می کند. تحت بارگذاری خمشی، بر حسب طول span (فاصله بین دو تکیه گاه، l) و آرایش نمونه در هنگام آزمون، ممکن است شکست به صورت کششی، فشاری یا برشی به وجود آید. معمول ترین شکل آزمون خمشی، حالتی است که در آن نمونه تحت تنش های خمشی دچار گسیختگی می شود. مطابق استاندارد ASTM D 7264 برای نمونه های کامپوزیتی، نسبت فاصله دو تکیه گاه (طول span) به ضخامت نمونه یعنی l/t در هر دو نوع بارگذاری سه نقطه ای و چهار نقطه ای باید برابر ۳۲:۱ باشد (شکل )۳٫ برای بارگذاری چهار نقطه ای، طول span داخلی باید برابر نصف طول span خارجی باشد (شکل ۳- ب). تفاوت اصلی میان این دو نوع آرایش بارگذاری، سه نقطه، تنش خمشی بیشینه ، تنها در مرکز مقطع عرضی یعنی بخش زیرین استوانه ی تحت بار مرکزی به وجود می آید. وی در بارگذاری چهار نقطه ای، تنش خمشی بیشینه در تمام قسمت فاصله میان دو تکیه گاه داخلی ایجاد می شود. در هر دو نوع بارگذاری ، طول نسبتا زیاد span موجب تولید تنش خمشی بیشنه در راستای سطوح بالا و پایین نمونه می شود (شکل ۳- پ) که نسبت به تنش برشی بیشینه در وسط ضخامت نمونه بیشتر است. در نتیجه شکست و گسیختگی نمونه معمولا در راستای سطوح بالایی یا پایینی اتفاق می افتد که ناشی از تنش فشاری یا کششی بیشینه در این سطوح است. باید توجه داشت که این دو تنش مقدار یکسانی دارند و بنابراین مکان و حالت شکست به بزرگی نسبی استحکام کششی و فشاری ماده ی مورد آزمون بستگی دارد. برای نمونه های کامپوزیتی که لایه های بیرونی در آنها دارای الیاف تقویت کننده با آرایش در جهت طول نمونه هستن (آرایش صفر درجه)، معمولا شکست به صورت فشاری اتفاق می افتد زیرا استحکام فشاری کمتر از استحکام کششی است.


در استاندارد ASTM D 7264 خواص استحکام اندازه گیری شده به استحکام خمشی ارجاع داده می شود و به صورت تنش بیشینه در سطح بیرونی نمونه نسبت به بیشینه ی نیروی اعمالی تعریف می شود. اگر چه در استاندارد بیان نشده است ولی استحکام خمشی اندازه گیری شده به این روش، به دلیل عدم یکنواختی تنش و تفاوت حجمی که تنش بیشینه در آن به وجود می آید، نمی تواند خواص موادی کامپوزیت را لحاظ کند. به طول معمول، مقادیر استحکام خمشی می تواند ۱۰ تا ۲۰٪ با استحکام فشاری اندازه گیری شده مطابق روش فشاری استاندارد اختلاف داشته باشد. با این وجود، به دلیل اینکه انجام درست آزمون های فشاری استاندارد جزء سخت‌ترین آزمون‌ها برای مواد کامپوزیت محسوب می شوند، استفاده از استحکام خمشی برای بدست آوردن تخمینی از استحکام فشار صفر درجه برای مواد کامپوزیت یا مقایسه‌ی عملکرد فشاری مواد کامپوزیت، متداول و سومند است. حالت دیگر، وضعیتی است که در آن نسبت l/t کوچک است (شکل ۴- الف). برای چنین آزمون‌های خمشی short- beam، تنش‌های خمشی ایجاد شده در نمونه، کاهش می‌یابد و بنابراین تنش‌های برشی در نمونه اهمیت بیشتری می‌یابد.


همان‌طور که در شکل ۴- ب مشاهده می‌شود، تحت بارگذاری سه نقطه‌ای، تنش‌های برشی در طول فاصله میان دو تکیه‌گاه تغییر نمی‌کند ولی در مقطع عرضی نمونه به صورت سهمی گون تغییر می‌کند. برای کامپوزیت‌ها، استحکم برشی بین لایه‌ای نسبت به استحکام کششی و برشی صفر درجه ، کوچک‌تر است. در نتیجه، این تنش‌های برشی در ناحیه‌ی مرکزی ضخامت نمونه منجر به ایجاد شکست برشی بین لایه‌ای می‌شوند. مطابق استاندارد ASTM D 2344 برای آزمون خمشی short- beam، حالت بارگذاری سه نقطه ای با نسبت l/t برابر ۴ استفاده می شود. در این حالت استحکام short- beam به صورت تنش برشی بیشینه تولید شده در وسط ضخامت نمونه در نقطه شکست، محاسبه می‌شود. عدم وجود کلمه‌ی «برشی» در عنوان استاندارد فوق و در هر مرجع دیگری برای مقدار استحکام اندازه‌گیری شده، شاهدی است بر اینکه مقدار استحکام اندازه‌گیری شده از این روش آزمون به عنوان یک خاصیت موادی، لحاظ نمی‌شود. با این وجود، استحکام short- beam که با استفاده از استاندارد ASTM D 2344 اندازه‌گیری می‌شود، به عنوان تخمین سودمندی از استحکام برشی بین لایه‌ای در کامپوزیت‌ها در نظر گرفته می‌شود.
مورد آخر برای آزمون خمش، نمونه‌ی کامپوزیت تک جهته دارای الیاف آرایش یافته در راستای عرض نمونه (آرایش ۹۰ درجه) است که در شکل ۵ نشان داده شده است. این بارگذاری خمشی، اگر به درستی طراحی شود، می‌تواند برای تخمین استحکام کششی عرضی مواد کامپوزیت استفاده شود.

چون پلیمر‌های تقویت شده با الیاف، دارای استحکام کششی و فشاری نسبتا کم در جهت عرضی (۹۰ درجه) هستند، تنش‌های خمشی ایجاد شده تحت بارگذاری خمشی، پیش از شکست برشی، منجر به شکست نمونه می‌شوند که مشابه آزمون short- beam است. حتی زمانی که نسبت l/t در آزمون short- beam برابر ۴ است، تنش‌های خمشی ایجاد شده منجر به شکست کششی عرضی می شوند زیرا استحکام کششی عرضی معمولا کمتر از استحکام فشار عرضی است. بر خلاف دو نوع آرایش بارگذاری خمشی پیشین، آزمون خمشی عرضی نه به صورت استاندارد در آمده است و نه مورد توجه فراگیر است. مطالعات پیشین نشان داده است که مقادیر استحکام اندازه گیری شده حاصل از این نوع آرایش بارگذاری، بیشتر از مقادیری است که از آزمون کششی عرضی با زاویه ۹۰ درجه به دست می‌اید زیرا حجم کوچک‌تری از ماده در معرض تنش بیشینه قرار می‌گیرد. بنابراین مشابه دو نوع آرایش بارگذاری اولیه، آزمون خمشی عرضی، روش سودمندی برای بدست آوردن تخمینی از خواص استحکام کامپوزیت است هرچند ممکن است مقدار اندازه‌گیری شده به عنوان یک خاصیت موادی واقعی پذیرفته نشود.

نویسندگان :
چه امتیازی می دهید؟
5 / 0
[ 0 رای ]
ارسال نظر شما
انتشار یافته : ۰ در انتظار بررسی : 0
  • نظرات ارسال شده توسط شما، پس از تایید توسط مدیران سایت منتشر خواهد شد.
  • نظراتی که حاوی تهمت یا افترا باشد منتشر نخواهد شد.
  • نظراتی که به غیر از زبان فارسی یا غیر مرتبط با خبر باشد منتشر نخواهد شد.


توضیحات توضیحات توضیحات توضیحات توضیحات توضیحات توضیحات توضیحات توضیحات توضیحات