双轴夹在扩展仪。

图1。双轴夹在扩展仪。所有照片:Instron

与传统的结构材料相比,聚合物基质复合材料(PMC)提供了极大地提高了性能和灵活性。然而,这些益处具有提高的材料复杂性的成本,并且很容易忽视生产高质量测试数据的挑战,以支持材料开发,设计和质量控制的需求。在这三部分系列的复合材料测试的第2部分中,我们将在测试复合材料时讨论测量应变的各种选项。

应变测量的一般方面

对于复合材料的拉伸试验,可以在试样的一侧使用单应变测量来实现轴向应变的测量。然而,通过在样本的相对侧采用一对测量并使用它们的平均值来补偿任何未对准来实现更一致和准确的结果。使用平均应变测量对于压缩测试至关重要,因为两种测量之间的差异用于检查过多的样本弯曲。泊松比例在拉伸和压缩检测中的测定需要横向菌株的额外测量。

或者,剪切试验需要确定剪切应变,其可以通过轴向和横向菌株的测量来计算。在V-Notch剪切试验中,应变分布是不均匀的并且浓缩在样本中的凹口之间。准确测量这些局部菌株需要使用应变仪。

复合材料的应变测量方法使用接触方法,包括粘合应变仪或夹子突出仪。最近在非联系的应变测量中的发展已经使这些相同的系统能够为传统的接触系统提供类似的性能,并提供显着的额外福利,例如鲁棒性和提供全场应变地图的能力。

应变仪

复合材料的应变计通常由安装在绝缘背衬上的薄金属箔栅格组成。它们的操作依赖于电导体对施加菌株的电阻的变化。在复合材料测试中遇到的应变水平的应变仪的电阻的变化(通常为3%)是小的,并且需要专科应变计调节电子器件来提供精确的测量。

NonContact视频扩展仪安装在温度柜上。

图2。NonContact视频扩展仪安装在温度柜上。

规格(称为仪表因子)的敏感性是需要校准测量系统的数据,由仪表制造商提供。为了做出准确的测量,必须正确地对准菌株测量仪并小心地粘合到测试样本的表面(具有湿气调节的标本,这可能是困难的)。应变仪的各种形式可用作单个仪表或作为孔葫芦已知的预先排列的计组合。箔应变仪可在低温下的温度范围内使用超过200˚C。

应变仪表是紧凑的,可用于测量小区域的菌株,例如在V-antch剪切试样的凹口中或短测量长度压缩样品的任一侧。

应变仪可以提供非常精确的应变测量;然而,它们是一种消耗品,并且在其材料和应用它们所需的技术人员方面昂贵。

剪辑突出器

夹式突出器广泛用于复合材料的测试。它们旨在通过在固定规格长度上确定位移来连接到试样并测量工程应变。

可提供几种不同类型的夹子突出器。最常见的类型提供了在试样的一面上的轴向应变的单一测量。平均轴向夹在伸展仪上使用一对轴向突出器,位于样本的任一侧。

剪切菌株和泊松比的测量需要同时测量轴向和横向菌株。横向夹上的伸长仪与轴向类型相似,但它们测量试样的宽度的变化。将轴向和横向突出器集成到单个单元中的双轴突出盘(图1)更方便地安装两个单独的突出器。

大多数夹子突出器使用应变测量的柔性来测量位移,并且可以从低至200°C的低温温度使用。使用电容传感器的夹子突出器能够以高于200°C的操作。

自动突出器

自动突出器是可以远程控制的接触类型。这些突出器可以自动从测试样品中接触和脱离,并改变规格长度。它们用于广泛的高批量拉伸测试应用,是自动(机器人)测试系统的重要组成部分。使用自动扩展仪会降低系统操作员的影响并提高吞吐量和结果的一致性。

非接触式视频突出器

非接触式视频突出器(图2)使用高分辨率数码相机和实时图像处理来通过跟踪测试样品上对比标记的运动来确定应变。

由于这些突出器不会与试样进行物理接触,因此在试样失效时,不会影响物质行为或扩展仪的伸展计可能会受到释放的能量。当在温度室内进行测试时,视频引伸计可以位于腔室外,从敌对环境中隔离测量系统。与自动突出器一样,非接触式视频突出器也会降低操作员的影响,这提高了测试结果的一致性。

全场应变测量

视频扩展器的能力的令人兴奋的扩展是能够产生全场应变分布的集成数字图像相关(DIC)软件的可用性(图3)。该技术通过将随机图案应用于测试样本的表面,在测试期间捕获一系列图像,然后用算法分析图像,该算法确定第一位移场,然后是每个图像的应变字段。应变场信息包括应变张量(即,轴向,横向,剪切应变)的所有组件。

弯曲试验的DIC分析。

图3。弯曲试验的DIC分析。

与传统方法相比,测量用应变仪测量局部应变的单个组分,或者使用伸展计在规格长度上测量平均应变,全场应变测量产生了巨大的附加信息,可以帮助工程师和科学家更好地了解物质行为。

下个月,本三部分系列的第3部分将讨论推荐的系统要求,帮助您准确,有效地测试这些材料。

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