ASTM D3039 خصائص الشد للمواد المركبة من مصفوفة البوليمر

ASTM D3039 هو معيار يستخدم على نطاق واسع لتحديد خصائص الشد للمواد المركبة. وبشكل أكثر تحديدًا، تنطبق هذه المواصفة القياسية على المركبات التي تتكون من مصفوفة بوليمر معززة إما بألياف ذات معامل عالي مستمرة أو متقطعة.
نظرًا لنسبة القوة إلى الوزن العالية، تُستخدم هذه الأنواع من المركبات بشكل شائع في تطبيقات الطيران والسيارات والطاقة المتجددة.

يقدم هذا الدليل العناصر الأساسية لاختبار ASTM D3039، بما في ذلك المعدات والبرامج والعينات المطلوبة.
ماذا يقيس ASTM D3039؟
يتضمن اختبار ASTM D3039 تطبيق قوة شد على عينة (قسيمة) وقياس خصائص مختلفة. يتم إجراء الاختبار على آلة اختبار عالمية (تسمى أيضًا آلة اختبار الشد) ويتضمن المعيار كلاً من وحدتي البوصة رطل وSI.

تشمل القياسات الرئيسية ما يلي:
قوة الشد القصوى - الحد الأقصى من الضغط المطبق (عادةً عند الكسر)
سلالة الشد النهائية - سلالة عند الاستراحة
معامل الشد – صلابة المادة
نسبة بواسون - نسبة التغير في السلالة العرضية إلى الطولية
السلالة الانتقالية - في الحالات التي تُظهر فيها المادة سلوك الخضوع كما هو موضح بتغير الميل في استجابة الإجهاد والانفعال، فإن السلالة الانتقالية هي قيمة السلالة التي يحدث فيها تغير المنحدر
وضع الفشل – يجب فحص العينات المكسورة وتسجيل نوع فشلها ومنطقتها وموقعها

هل ASTM D3039 هو المعيار الصحيح؟
يعد ASTM D3039 أحد الاختبارات الأساسية لتوصيف خصائص الشد للمواد المركبة. ومع ذلك، توجد معايير أخرى لتقييم العديد من الخواص الميكانيكية المختلفة للمواد المركبة متباينة الخواص وغير المتجانسة، بما في ذلك:

ASTM D3410 وASTM D6641 لاختبار الضغط
ASTM D3518 لاختبار القص داخل الطائرة
تشتمل وحدة تطبيق المركبات في برنامج Bluehill Universal من Instron على طريقة اختبار تم تكوينها مسبقًا لـ ASTM D3039 والعديد من المعايير الأخرى. عرض القائمة الكاملة لقوالب الطريقة المتاحة.

أنواع العينات
عينات ASTM D3039 مستطيلة الشكل ذات مقطع عرضي ثابت.
يتضمن المعيار نماذج هندسية موصى بها لأنواع المواد 0⁰ أحادية الاتجاه، 90⁰ أحادية الاتجاه، المتوازنة والمتماثلة، والعشوائية غير المستمرة.
يمكن استخدام ASTM D3039 لكل من تعزيزات الألياف المستمرة والمتقطعة، ولكن يجب أن يكون وضع العينة الصفائحية متوازنًا ومتماثلًا فيما يتعلق باتجاه الاختبار لضمان عدم تحريف العينة أو تشويهها أثناء التحميل.

علامات تبويب العينات
من الممارسات الشائعة في اختبار المواد المركبة استخدام علامات التبويب لحماية مادة العينة من التلف بسبب المقابض. لا يتطلب ASTM D3039 علامات تبويب، ولكنه يوصي باستخدامها عند اختبار المواد أحادية الاتجاه.
يمكن ربط علامات التبويب بالعينة أو تثبيتها في مكانها عن طريق الاحتكاك (على سبيل المثال، قماش الصنفرة).

قياس العينة
قبل الاختبار، يجب قياس مساحة المقطع العرضي للعينة. يتم ذلك عن طريق قياس العرض والسمك في ثلاثة أماكن داخل قسم القياس وحساب متوسط ​​القياسات.

أجهزة قياس العينات
عندما يكون أحد السطحين أو كليهما غير منتظم، يلزم استخدام ميكرومتر مزود بواجهة كروية لقياس السُمك.
إذا كان كلا السطحين مسطحين، فيمكن استخدام ميكرومتر ذو واجهة كروية أو مسطحة.
استخدم الفرجار أو الميكرومتر مع سندان مسطح لقياس عرض العينة.
أفضل الممارسات: للتخلص من احتمال حدوث أخطاء في الإدخال ولتحسين الكفاءة، استخدم جهاز قياس العينات التلقائي القادر على نقل القياسات مباشرة إلى برنامج الاختبار.
تتيح ميزة جهاز قياس العينات التلقائي في Bluehill Universal للمشغلين توصيل ما يصل إلى جهازين (ميكرومتر أو فرجار) في وقت واحد.

السيطرة ومحاذاة العينة
يجب أن توفر قبضات الشد المستخدمة لحمل العينات المركبة ضغطًا قويًا ومتساويًا بدرجة كافية لمنع العينة من الانزلاق أثناء الاختبار.

القبضات الموصى بها
مقابض إسفين يدوية دقيقة
مقابض إسفين هيدروليكية
يوفر كلا النوعين من القبضة قوة تثبيت موثوقة ويستخدمان تصميمًا متحركًا للجسم مما يقلل من قوى الضغط عند تحميل العينة.