ASTM D3039 هو معيار اختبار يستخدم على نطاق واسع لتحديد خصائص الشد للمواد المركبة. نظرًا لخصائصها الخفيفة الوزن وقوة الشد العالية ، يتم تفضيل المواد المركبة بشكل متزايد من خلال فضاء الفضاء والسيارات ، ويتم استخدامها لاستبدال المعادن في العديد من التطبيقات. على الرغم من أن هناك العديد من الأنواع المختلفة من المركبات ، إلا أن ASTM D3039 ينطبق فقط على تلك التي تتكون من مصفوفة البوليمر التي يعززها ألياف عالية الجودة. تم تصميم هذا الدليل لتعريفك بالعناصر الأساسية لاختبار الشد ASTM D3039 ، بما في ذلك نظرة عامة على المعدات والبرامج والعينات اللازمة. ومع ذلك ، يجب ألا يعتبر أي شخص يخطط لإجراء اختبار ASTM D3039 بديلاً مناسبًا لقراءة المعيار الكامل.
يتم إجراء اختبار ASTM D3039 عن طريق تطبيق قوة الشد على عينة (قسيمة) وقياس خصائص مختلفة من العينة تحت الضغط. يتم إجراؤه على آلة اختبار عالمية (تسمى أيضًا آلة اختبار الشد) ويجمع بين وحدات بوصة بوصة و SI في معيار واحد. يقيس ASTM D3039 خصائص الشد التالية:

قوة الشد - الحد الأقصى للضغط المطبق أثناء الاختبار (عادةً ما يكون الإجهاد عند الاستراحة)
سلالة الشد النهائية - السلالة عند الاستراحة
معامل الشد - مقدار ما يمكن أن تشوه المادة (تمتد) استجابة للإجهاد.
نسبة Poisson: نسبة التغيير في السلالة الطولية بين نقطتي سلالة طولية (عادة ما تكون نفس النقاط المستخدمة لتحديد المعامل ، أي من 0.1 إلى 0.3 ٪)
سلالة الانتقال: في الحالات التي تُظهر فيها المادة سلوكًا للعائد (يتم عرضه كتغيير منحدر في استجابة الإجهاد) ، فإن سلالة الانتقال هي قيمة الضغط حيث يحدث تغيير المنحدر.
وضع الفشل: يجب فحص العينات المكسورة ويجب تسجيل نوع الفشل ، ومساحةها ، والموقع عن طريق رمز أحرف ثلاثة.
ASTM D3039 خاص بالمواد البلاستيكية المعززة بالجزيئات أو الألياف القصيرة ، وهي واحدة من أهم الاختبارات المستخدمة لتوصيف خصائص هذه المواد وتأهيلها وتصديقها. ومع ذلك ، فإن مجموعة واسعة من الاختبارات الأخرى ضرورية من أجل وصف العديد من الخصائص الميكانيكية المختلفة للمواد المركبة متباين الخواص وغير المتجانسة. يجب أن يشير أي شخص يحتاج إلى اختبار خصائص ضغط المركب إلى ASTM D695. أولئك الذين يحتاجون إلى اختبار القص في الخط لمركب يجب أن يتبعوا ASTM D3846. يتم تضمين طريقة اختبار تم تكوينها مسبقًا لـ D3039 ، إلى جانب العديد من طرق اختبار المركبات الأخرى ، في وحدة تطبيق Bluehill Universal Composites.
عينات ASTM D3039 مستطيلة الشكل مع مقطع عرضي ثابت. الحد الأدنى لطول العينة يساوي إجمالي طول الإمساك + 2 × العرض + طول المقياس ، ولكن يوصى باستخدام أطوال أكبر من أجل تقليل ضغوط الانحناء. يجب أن يمثل عرض العينة وسمك المادة السائبة فيما يتعلق بكمية الألياف. هناك أربعة هندسة موصى بها لعينات موصى بها لأنواع المواد غير الاتجاهية 0⁰ ، 90⁰ أحادي الاتجاه ، متوازن ، ومتماثل وعشوائي. يمكن استخدام ASTM D3039 لكل من تعزيزات الألياف المستمرة وغير المستمرة ، ولكن يجب أن تكون وضع عينة صفح متوازنة ومتماثلة فيما يتعلق باتجاه الاختبار.
يجب قياس منطقة العينة المستعرضة قبل الاختبار-يتم ذلك عن طريق قياس العرض والسماكة في ثلاثة أماكن داخل طول المقياس ومتوسطها. عندما يكون أحد السطحين أو كلاهما غير منتظم ، يلزم وجود ميكرومتر مع واجهة الكرة لقياس سمك. إذا كان كلا السطحين مسطحًا ، فيمكن استخدام ميكرومتر مع كرة أو واجهة مسطحة. مطلوب ميكرومتر أو الفرجار مع واجهة السندان المسطحة لقياس عرض العينة. تتيح ميزة جهاز قياس العينة التلقائي في Bluehill Universal المشغلين التوصيل بما يصل إلى جهازين (ميكرومتر أو الفرجار) إلى الكمبيوتر وإدخال البيانات مباشرة في البرنامج. هذا يزيل فرص أخطاء الإدخال ويزيد من الكفاءة
يتم إجراء اختبار ASTM D3039 على جهاز اختبار عالمي من طاولة الطاولة. قد يكون نظام 30 كيلو نيوتن أو 50 كيلو نيوتن كافيًا لاختبار مركبات الألياف الزجاجية ، ولكن هناك حاجة إلى نظام 100 أو 250 كيلو نيوتن لاختبار مركبات ألياف الكربون.
يجب أن توفر Grips المستخدمة لعقد العينات المركبة قوة قوية بما فيه الكفاية وحتى لمنع العينة من الانزلاق أثناء الاختبار. يجب أن تكون أنماط الوجه الفك مناسبة للمادة وأن تكون في حالة جيدة. يجب أن تحد محاذاة GRIPs من سلالة الانحناء في حدود 3-5 ٪ عند مستويات الضغط المعتدل (> 1000µɛ).
تشمل تصميمات قبضة مناسبة لـ ASTM D3039 قبضة إسفين الدقة اليدوية والسيد الهيدروليكي. يستخدم كل من هذه المقابض تصميم جسم متحرك ويدمجون توقف موقع العينة لتوفير إمساك موثوق من المركبات والمواد الأخرى أثناء تحقيق المحاذاة المطلوبة.
يتوفر عدد من الأجهزة المختلفة لقياس الإجهاد أثناء الاختبار. الأكثر شيوعًا هي مقاييس الموسع ، والتي تتوفر في مجموعة متنوعة من الخيارات المختلفة اعتمادًا على احتياجات المختبر الخاص بك. أبسط هو مقياس قياس المقياس 2630 مقطع مقطع لقياس الإجهاد المحوري. يجب على المشغل تقسيم هذا مباشرة على العينة في بداية كل اختبار وإزالته قبل كسر العينة.
إذا كان اختبار نسبة Poisson ، يجب أيضًا إضافة مقياس تمدد عرضي لقياس التغير في العرض في جميع أنحاء المنطقة المرنة للعينة. يمكن استخدام مقياس التوسيع المستعرض المستقل لتكملة مقياس تمديد أو تلقائي موجود ، أو يمكن استخدام جهاز ثنائي المحور لقياس كل من السلالة المحورية والمستعرضة في وقت واحد.
في كثير من الأحيان ، من المقرر أن يتم استخدام المركبات التي يتم اختبارها في نهاية المطاف لاستخدامها في ظل ظروف غير خفيفة. لمحاكاة تطبيقات الاستخدام النهائي هذه ، يتم إجراء ASTM D3039 داخل غرفة درجة الحرارة حيث يمكن استخدام التدفئة أو التبريد (LN2 أو CO2). يمكن استخدام مقاييس الإجهاد أو مقاييس مقطع على مقطع مقطع بحد أقصى 200 درجة مئوية. بدلاً من ذلك ، يمكن استخدام مقياس تمديد الفيديو المتقدم غير المتقدم (AVE 2). يتم تثبيت AVE 2 خارج غرفة درجة الحرارة ويستخدم كاميرا لتتبع التشوهات في العينة طوال الاختبار ، مع ميزة أن مشغلي الاختبار لا يحتاجون إلى فتح باب الغرفة وإغلاقها أثناء الاختبار.
مقاييس إجهاد المقاومة الكهربائية مفيدة أيضًا في تحديد الضغط أثناء اختبار ASTM D3039. على عكس المقاييس ، فإن مقاييس الإجهاد هي عناصر قابلة للاستهلاك يمكن استخدامها لقياس الإجهاد عند الفشل. تتكون هذه المقاييس عادة من شبكة رقائق معدنية رقيقة ترتبط بالعينة مع مادة لاصقة. يمكن استخدام مقاييس الإجهاد في الظروف البيئية من درجات الحرارة المبردة إلى أكثر من 200 درجة مئوية ، ولكنها تتطلب تكييفًا من أجل توليد إشارة كهربائية مفيدة. يتوفر محول سهل الاستخدام للاستخدام مع الإلكترونيات القياسية في جهاز اختبار. نظرًا لأن المواد المركبة لا تشوه إلى حد كبير قبل الفشل ، فإن الدقة الشديدة لقياس السلالة المستعبدين يمكن أن تفضل في بعض الأحيان استخدام مقياس التمديد لاختبار ASTM D3039.
عادة ما يتم إجراء اختبار المواد المركبة في ظل ظروف غير خفيفة داخل غرفة درجة الحرارة. تستخدم هذه الغرف الحمل الحراري للهواء القسري مع عناصر التسخين المقاومة لتحقيق درجات حرارة عالية وتبريد النيتروجين السائل أو ثاني أكسيد الكربون لتحقيق درجات حرارة منخفضة. توفر الغرف البيئية إمكانات واسعة اختبار درجة الحرارة لتقييم خصائص المواد في ظل ظروف الاختبار غير المبكرة. تتوفر مجموعة كاملة من المقابض التكميلية ، pullrods ، ومقاييس الموسع.