TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 10591:2014 (ISO 13003:2003) VỀ CHẤT DẺO GIA CƯỜNG SỢI – XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT MỎI CHỊU TẢI THEO CHU KỲ

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10591:2014

ISO 13003:2003

CHẤT DẺO GIA CƯỜNG SỢI – XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT MỎI CHỊU TẢI THEO CHU KỲ

Fibre-reinforced plastics – Determination of fatigue properties under cyclic loading conditions

Lời nói đầu

TCVN 10591:2014 hoàn toàn tương đương với ISO 13003:2003. ISO 13003:2003 đã được rà soát và phê duyệt lại vào năm 2013 với bố cục và nội dung không thay đổi.

TCVN 10591:2014 do Tiểu ban kỹ thuật Tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC61/SC13 Composite và sợi gia cường biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

 

CHẤT DẺO GIA CƯỜNG SỢI – XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT MỎI CHỊU TẢI THEO CHU KỲ

Fibre-reinforced plastics – Determination of fatigue properties under cyclic loading conditions

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định quy trình chung đối với phép thử bền mỏi của chất dẻo gia cường sợi dưới điều kiện chịu tải theo chu kỳ với biên độ và tần suất không đổi. Mặc dù các quy trình chung này áp dụng được cho tất cả các kiểu phép thử và máy thử, vẫn cần cẩn thận trong ứng dụng với từng trường hợp. Kinh nghiệm trước đây chủ yếu với phép thử kéo và uốn dựa trên các phương pháp thử tĩnh (đơn điệu) tương đương. Các phép thử bền mỏi trên hệ sợi cacbon gia cường đồng hướng theo hướng trục sợi đặc biệt khó tiến hành.

Trong một vài trường hợp, khi có lan truyền vết nứt trong điều kiện phá hủy dai, các phép thử đặc thù phải được ưu tiên sử dụng.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi.

TCVN 10592:2014 (ISO 14125:1998), Composite chất dẻo gia cường sợi – Xác định các tính chất uốn.

TCVN 4501-4 (ISO 527-4), Chất dẻo. Xác định tính chất kéo. Phần 4: Điều kiện thử đối với compozit chất dẻo gia cường bằng sợi đẳng hướng và trực hướng.

ISO 291:1997, Plastics – Standard atmospheres for conditioning and testing (Chất dẻo – Môi trường chuẩn để điều hòa và thử).

ISO 527-5, Plastics – Determination of tensile properties – Part 5: Test conditions for unidirectional fibre-reinforced plastic composites (Chất dẻo – Xác định các tính chất kéo – Phần 5: Điều kiện thử cho composite nhựa gia cường đồng hướng).

ISO 1268 (tất cả các phần), Fibre-reinforced plastics – Methods of producing test plates (Chất dẻo gia cường sợi – Các phương pháp chế tạo tấm thử).

3. Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này, áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau.

3.1. Ứng suất (gây ra trong mẫu thử) (stress (induced in test specimen)

s

Ứng suất danh nghĩa được tính toán từ tải trọng đo được, sử dụng công thức tương ứng cho trong phương pháp thử đơn điệu (tĩnh) được sử dụng.

CHÚ THÍCH Giá trị này được biểu thị bằng megapascal.

3.2. Biến dạng (áp đặt lên mẫu thử) (strain (imposed on test specimen)

e

Phần giãn dài của đoạn chịu tải trọng lớn nhất của mẫu thử (ví dụ bề mặt phía ngoài của mẫu thử uốn).

CHÚ THÍCH Giá trị này được tính toán từ công thức tương ứng cho trong phép thử sử dụng và được biểu thị theo tỷ lệ không thứ nguyên.

3.3. Sóng (waveform)

Hình dạng biến thiên theo chu kỳ giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất không đổi của ứng suất (tải trọng) tác dụng hoặc biến dạng (dịch chuyển) .

CHÚ THÍCH Sóng được mặc định là sóng hình sin. Hình 1 đưa ra một ví dụ về một sóng hình sin biên độ và tần suất không đổi. Các hình dạng sóng khác như hình vuông, hình tam giác và hình răng cưa cũng được sử dụng.

CHÚ DẪN

X thời gian

Y ứng suất hoặc biến dạng áp dụng X

X _max giá trị (hoặc đỉnh) lớn nhất của X

X _m giá trị trung bình của X [ X _m = ( X _max + X _min )/2]

X _min giá trị (hoặc đáy) nhỏ nhất của X

X _a biên độ của X

2 X _a mức độ biến thiên của X (biên độ từ đỉnh đến đỉnh)

^a 1 chu kỳ

Hình 1 – Ví dụ về một chu kỳ sóng hình sin

3.4. Chu kỳ (cycle)

Sóng đơn hoàn chỉnh bắt đầu từ điểm bất kỳ trên sóng (ví dụ điểm giữa, đỉnh) đến điểm tương tự tiếp theo.

3.4.1. Kiểu chu kỳ (type of cycle)

Kiểu chu kỳ được xác định bởi vị trí của tín hiệu tương ứng với ứng suất (tải trọng) hoặc biến dạng (dịch chuyển) zero.

CHÚ THÍCH Hình 2 đưa ra một ví dụ về chu kỳ ứng suất. Đối với chu kỳ biến dạng hoặc độ lệch dịch chuyển thì thuật ngữ biến dạng hoặc dịch chuyển thay cho thuật ngữ ứng suất.

CHÚ DẪN

X thời gian

Y ứng suất s (hoặc biến dạng, e )

1. vùng nén-nén

2. vùng kéo-nén

3. vùng kéo-kéo

4. chy kỳ nén-nén

5. chu kỳ luân chuyển zero-nén

6. chu kỳ luân chuyển nén chiếm ưu thế

7. chu kỳ luân chuyển hoàn toàn hoặc đảo ngược hoàn toàn

8. chu kỳ luân chuyển kéo chiếm ưu thế

9. chu kỳ luân chuyển

10. chu kỳ zero-kéo

11. chu kỳ kéo-kéo

Hình 2 – Ví dụ về các kiểu chu kỳ

3.5. Tần suất (frequency)

f

Số lượng chu kỳ, hoặc một phần của chu kỳ, hoàn chỉnh trong 1 s, biểu thị bằng hertz.

3.6. Giá trị ứng suất, biến dạng và dịch chuyển (stress, strain and displacement values)

3.6.1. Ứng suất tối đa (maximum stress)

s _max

Biến dạng tối đa (maximum strain)

e _max

Dịch chuyển tối đa (maximum displacement)

d _max

Giá trị lớn nhất đạt được định kỳ của ứng suất, biểu thị bằng megapascal hoặc biến dạng, biểu thị bằng phần trăm hoặc dịch chuyển, biểu thị bằng milimét.

3.6.2. Ứng suất tối thiểu (minimum stress)

s _min

Biến dạng tối thiểu (minimum strain)

e _min

Sự dịch chuyển tối thiểu (minimum displacement)

d _min

Giá trị nhỏ nhất đạt được của ứng suất, biểu thị bằng megapascal hoặc biến dạng, biểu thị bằng phần trăm hoặc dịch chuyển, biểu thị bằng milimét.

3.6.3. Ứng suất trung bình (mean stress)

s _m

Biến dạng trung bình (mean strain)

e _m

Dịch chuyển trung bình (mean displacement)

d _m

Giá trị trung bình cộng của ứng suất, biến dạng hoặc dịch chuyển tối đa và tối thiểu.

3.6.4. Biên độ ứng suất (stress amplitude)

s _a

Biên độ biến dạng (strain amplitude)

e _a

Biên độ dịch chuyển (displacement amplitude)

d _a

Giá trị bằng một nửa chênh lệch giữa ứng suất, biến dạng và dịch chuyển tối đa và tối thiểu.

CHÚ THÍCH Trong một số trường hợp, mức độ biến thiên từ đỉnh đến đỉnh của ứng suất, biến dạng hoặc dịch chuyển được định trước (nghĩa là hai lần biên độ ứng suất, biến dạng hoặc dịch chuyển).

3.6.5. Tỷ lệ ứng suất (stress ratio)

R_s

Tỷ lệ biến dạng (strain ratio)

R_e

Tỷ lệ dịch chuyển (displacement ratio)

R_d

Tỷ lệ giữa ứng suất, biến dạng hoặc dịch chuyển tối thiểu với ứng suất, biến dạng hoặc dịch chuyển tối đa trong một chu kỳ.

CHÚ THÍCH Ví dụ, R = 1 nghĩa là kéo và nén đảo ngược hoàn toàn với cùng biên độ, trong khi R =0,1 nghĩa là chu kỳ kéo-kéo trong đó giá trị tối thiểu bằng 0,1 x giá trị tối đa.

3.7. Tải trọng (load)

F

Tải trọng, được đo bằng cảm biến tải trọng ở trên mẫu thử.

CHÚ THÍCH Các giá trị tối đa và tối thiểu của mỗi chu kỳ tải trọng là F_max và F_min , được biểu thị bằng niutơn.

3.7.1. Tải trọng ban đầu (initial load)

F_i

Giá trị tuyệt đối của biên độ tải trọng tối đa, được đo trước khi kết thúc 100 chu kỳ đầu tiên hoặc khi đạt đến các điều kiện ổn định.

CHÚ THÍCH Giá trị của tải trọng này có thể thu được bằng một phép đo riêng lẻ hoặc hoặc cách lấy trên một vài chu kỳ. Giá trị này được biểu thị bằng niutơn.

3.7.2. Tỷ lệ tải trọng (load ratio)

R_F

Tỷ lệ giữa tải trọng tối thiểu và tải trọng tối đa trong một chu kỳ.

R_F = 

3.8. Ứng suất ban đầu (initial stress)

s _i

Ứng suất tính toán được từ tải trọng ban đầu (3.7.1).

CHÚ THÍCH Giá trị này được biểu thị bằng megapascal.

3.9. Độ bền mỏi (fatigue life)

N _f

Số chu kỳ mà một mẫu thử chịu được cho đến khi xảy ra phá hủy hoặc phép thử kết thúc.

CHÚ THÍCH 1 Đối với các phép thử kiểm soát sự dịch chuyển, trong đó không xảy ra phá hủy do sự tách rời mẫu thử thành hai hoặc nhiều phần hoặc do các phá hủy quá mức thông thường (nghĩa là mẫu thử không thể chịu được tải trọng hơn nữa), sự kết thúc phép thử được xác định bởi một mức độ phá hủy (hoặc tốc độ phá hủy) liên quan đến sự giảm độ cứng của mẫu thử (ví dụ từ 5 % đến 20 %). Mức độ phá hủy này thường được lấy là mức giảm 20 % giá trị tuyệt đối.

CHÚ THÍCH 2 Khi phép thử kết thúc trước khi đạt đến phá hủy hoặc mức giới hạn độ cứng (nghĩa là quá trình thử để đạt đến phá hủy coi như không cần thiết), độ bền mỏi không được xác định nhưng lớn hơn thời gian thử. Các phép thử này được coi là “chạy ra ngoài” và điểm số liệu thường được chỉ ra trên các đồ thị ứng suất hoặc biến dạng theo số chu kỳ bằng cách thêm một mũi tên chỉ đến thời gian thử lâu hơn (ví dụ x, )

3.10. Các tính chất tới hạn

3.10.1. Độ bền kéo/uốn tới hạn ở mức độ tải trọng (tiêu chuẩn) tĩnh

UTS^s

UFS^s

Thông số thử được đưa ra bởi phương pháp thử sử dụng, ví dụ

– UTS^s đối với độ bền kéo theo TCVN 4501-4 (ISO 527-4) hoặc ISO 527-5;

– UFS^s đối với độ bền uốn theo TCVN 10592 (ISO 14125).

3.10.2. Độ bền kéo/uốn tới hạn tại mức độ tải trọng mỏi

UTS^F

UFS^F

Thông số thử được đưa ra bởi các phép thử tại tốc độ tải trọng mỏi, ví dụ UTSF đối với độ bền kéo và UFS^F đối với độ bền uốn.

CHÚ THÍCH 1 Mức độ tải trọng mỏi được lấy là kết quả phá hủy trong thời gian tương ứng với 0,5 x thời gian chu kỳ, nghĩa là

Thời gian thử (s) = 0,5 x tần suất (Hz).

CHÚ THÍCH 2 Có thể cài đặt tại tần suất tương tự với các phép thử bền mỏi sử dụng sóng hình tam giác với biên độ thích hợp để gây ra phá hủy tới hạn. Đối với một vật liệu phụ thuộc vào tốc độ như chất dẻo gia cường sợi thủy tinh liên tục, giá trị này có thể cao hơn (> 40 %) so với độ bền tĩnh.

4. Nguyên tắc

Tác dụng liên tục một tải trọng cơ học hoặc dịch chuyển luân chuyển với tần suất không đổi vào mẫu thử. Phép thử này có thể được tiến hành ở biên độ ứng suất (tải trọng) không đổi, biên độ biến dạng không đổi hoặc biên độ dịch chuyển không đổi.

Phương pháp thử, kích thước mẫu thử và các tính toán được sử dụng tương tự như trong phương pháp thử dưới các điều kiện tác dụng tải trọng tĩnh (đơn điệu).

CHÚ THÍCH 1 Ví dụ, các phép thử bền mỏi kéo theo TCVN 4501-4 (ISO 527-4) hoặc ISO 527-5 [Các mẫu thử này không phù hợp đối với tải trọng đảo ngược hoàn toàn mà không có sự hỗ trợ chống lại hiện tượng uốn cột khi nén theo TCVN 10593 (ISO 14126), Composite chất dẻo gia cường sợi – Xác định các tính chất nén trong mặt phẳng]. Các phép thử bền mỏi uốn theo TCVN 10592 (ISO 14125).

CHÚ THÍCH 2 Không có sự sai khác rõ ràng giữa việc vận hành máy thử bền mỏi trong các kiểu kiểm soát khác nhau (ví dụ, theo tải trọng, dịch chuyển) nhưng có sai khác rõ ràng trong việc xác định điểm kết thúc của phép thử (xem 3.9).

Các khuyến cáo đối với kiểu thử riêng được nêu trong Phụ lục A (thử uốn) và Phụ lục B (thử kéo).

5. Thiết bị, dụng cụ

5.1. Máy thử

Sử dụng máy thử phù hợp với kiểu thử đã chọn (ví dụ, kéo, uốn). Máy thử này phải phù hợp để tác dụng số chu kỳ yêu cầu với một số phép thử (ví dụ ³ 10⁸ chu kỳ), ở dạng sóng yêu cầu (ví dụ hình sin, hình vuông, hình tam giác, răng cưa). Số chu kỳ áp dụng phải được tính toán trực tiếp hoặc thu được từ tần suất và thời gian thử đã biết.

5.2. Cảm biến và thiết bị điện đi kèm

Thiết bị này phải đo được liên tục sự biến thiên của tải trọng, dịch chuyển hoặc các thông số khác như biến dạng, trong khoảng 2 % của toàn bộ thang đo, tùy thuộc vào kiểu kiểm soát sử dụng.

CHÚ THÍCH Việc lựa chọn cảm biến lực và khoảng thang đo của nó liên quan đến độ nhạy mong muốn của phép đo và các đặc tính của phần tử chuyển động của cảm biến (nghĩa là kích thước và khối lượng sẽ tác động đến tần suất tương tác và cường độ của các hiệu ứng quán tính).

Nên sử dụng các cảm biến theo mức độ mỏi.

6. Chuẩn bị và kiểm tra mẫu thử

6.1. Chuẩn bị mẫu thử

Mẫu thử theo quy định của phương pháp thử chuẩn sử dụng phải được cắt từ tấm thử được chuẩn bị theo các phần tương ứng của ISO 1268 hoặc từ các diện tích phẳng của sản phẩm được thử.

Các tính chất cơ học của các chi tiết liên kết trực tiếp với kết cấu của vật liệu và vì vậy phụ thuộc trực tiếp vào các điều kiện gia công. Phép thử nên thực hiện trên các mẫu thử được chế tạo dưới các điều kiện gần với điều kiện sản xuất thực tế nếu không lấy được từ các chi tiết thực tế.

6.2. Hình dạng và kích thước

Theo quy định trong tiêu chuẩn của phương pháp thử được chọn.

6.3. Kiểm tra

Mẫu thử phải được kiểm tra theo phương pháp thử chuẩn được sử dụng. Cẩn thận để đảm bảo mẫu thử có chất lượng tốt, không có khuyết tật gia công mà có thể gây ra phá hủy sớm ngay ban đầu.

7. Số lượng mẫu thử

Đối với việc xác định đồ thị thời gian sống, phải thử năm mẫu thử ở tối thiểu bốn mức ứng suất/biến dạng v.v… trừ khi có quy định khác (xem Chú thích 1).

Thử năm mẫu thử đến khi phá hủy để đo độ bền tĩnh (đơn điệu) đối với phương pháp thử được chọn.

Nên lặp lại các phép thử tại tốc độ tải trọng mỏi đối với vật liệu phụ thuộc mức độ tải trọng.

CHÚ THÍCH 1 Nếu để phân tích các kết quả theo phương pháp thống kê, thì nên tăng số lượng mẫu thử (ví dụ đối với đường cong kiểu Weibull hoặc để thu thập dữ liệu thiết kế (ví dụ thường từ 24 đến 30 mẫu). Để giảm giá thành của các nghiên cứu sơ bộ hoặc thăm dò, sử dụng 6 mẫu thử và đối với nghiên cứu vật liệu sử dụng 12 mẫu thử có thể là đủ, tùy thuộc vào sự phân tán của kết quả thử.

CHÚ THÍCH 2 Đối với các vật liệu nhạy với tốc độ tải trọng (ví dụ hệ gia cường sợi thủy tinh), cũng nên đo độ bền tới hạn ở mức độ tải trọng tương tự với các điều kiện thử mỏi (xem 3.10.2).

8. Điều hòa và môi trường thử

8.1. Điều hòa

Trừ khi có quy định khác, (ví dụ để nghiên cứu ảnh hưởng của độ ẩm, dầu, môi trường hóa chất hoặc các xử lý sơ bộ khác) điều hòa mẫu thử theo quy định trong ISO 291.

8.2. Môi trường thử

Các phép thử phải được tiến hành trong môi trường chuẩn được chọn từ ISO 291, trừ khi có quy định khác.

Nếu các điều kiện khác được sử dụng theo thỏa thuận của các bên liên quan thì ghi lại chi tiết trong báo cáo thử nghiệm.

CHÚ THÍCH Trong thử nghiệm dài hạn, trạng thái của mẫu thử đã điều hòa có thể thay đổi trừ khi nó được duy trì ở môi trường điều hòa trong suốt phép thử.

9. Cách tiến hành

9.1. Đo kích thước mẫu thử

Đo kích thước theo quy định trong tiêu chuẩn phương pháp thử sử dụng.

9.2. Tần suất thử

Mặc dù thường được lấy tối đa theo khả năng để giảm thời gian thử, tần suất thử phải được chọn để tránh sự tăng quá mức nhiệt độ mẫu thử trong quá trình gia nhiệt tự sinh (tự hình thành). Tần suất này phải được xác định với độ chính xác trong khoảng ± 2 %.

CHÚ THÍCH Sự tăng nhiệt độ của bề mặt mẫu thử thường được giới hạn đến 10 ^oC nhưng phụ thuộc vào độ nhạy của tính chất vật liệu đơn điệu với sự tăng nhiệt độ mẫu thử. Các tần suất được sử dụng thường trong khoảng từ 1 Hz đến 25 Hz nhưng đối với các vật liệu phụ thuộc tốc độ tải trọng, các kết quả này có thể nhạy với tần suất sử dụng (xem Phụ lục A và Phụ lục B).

9.3. Tiến hành phép thử

9.3.1. Xem xét các điều kiện thử

Xem xét lại cẩn thận các điều kiện thử được sử dụng theo hướng dẫn của Phụ lục A và Phụ lục B, hoặc xem xét lại thông tin tương tự đối với các phương pháp thử khác.

9.3.2. Đặt thẳng hàng

Cẩn cận đặt thẳng hàng mẫu thử trong cơ cấu tác dụng tải trọng theo tiêu chuẩn của phương pháp thử sử dụng.

9.3.3. Phép thử đơn điệu

Thử năm mẫu thử và xác định các tính chất tĩnh (chuẩn) trung bình theo phương pháp thử chuẩn được sử dụng. Đối với vật liệu phụ thuộc tốc độ tải trọng thì lặp lại phép thử ở tốc độ tải trọng mỏi.

9.3.4. Phép thử mỏi

Chọn bốn mức độ mỏi tùy theo vật liệu được thử và thời gian chịu mỏi tối đa quan tâm hoặc khoảng ứng suất/biến dạng quan tâm.

CHÚ THÍCH 1 Các mức này thường được phân bố đồng đều trong khoảng chịu mỏi hoặc khoảng tải trọng/biến dạng tác dụng quan tâm. Phép thử có thể được sử dụng để xác nhận khoảng điều kiện thử sẽ được sử dụng. Hướng dẫn chi tiết được nêu trong Phụ lục A và Phụ lục B.

Tác dụng nhẹ nhàng các điều kiện đã chọn như quy định đối với hệ thống điều khiển thiết bị được sử dụng. Mối liên hệ giữa đỉnh và biên độ tối đa, tối thiểu được nêu trong Điều 3.

CHÚ THÍCH 2 Người sử dụng phải kiểm tra phần mềm điều khiển máy thử, nếu thích hợp, sử dụng mối liên hệ tương tự, đặc biệt đối với biên độ quan tâm và điều chỉnh giá trị điều khiển máy nếu có yêu cầu.

Ghi lại các điều kiện áp dụng khi ổn định. Chúng có thể thay đổi chút ít so với các điều kiện yêu cầu do giới hạn điều khiển của máy và độ cứng của mẫu thử. Không điều chỉnh giá trị này.

Ghi lại nếu có thể dữ liệu tải trọng đỉnh, biến dạng và/hoặc dịch chuyển. Các dữ liệu này có thể được sử dụng để theo dõi liên tục sự giảm độ cứng (modul) của mẫu thử trong suốt quá trình thử.

CHÚ THÍCH 3 Việc ghi lại toàn bộ đường cong trễ chịu tải cung cấp một cách định kỳ thông tin quan trọng về sự thay đổi các đặc tính của mẫu thử (xem Phụ lục A và Phụ lục B).

Theo dõi nhiệt độ của mẫu thử đối với ít nhất một mẫu thử tại từng mức độ thử để đảm bảo sự phù hợp với 9.2.

Ghi lại số chu kỳ để phá hủy hoặc sự giảm độ cứng được xác định là tiêu chuẩn kết thúc phép thử (xem 3.9). Kiểm tra kiểu phá hủy được chấp nhận đối với phương pháp thử đơn điệu được sử dụng, đặc biệt lưu ý dấu hiệu hoặc điểm tải trọng bắt đầu phá hủy. Loại bỏ bất kỳ mẫu thử nào không phù hợp và tiến hành thử lại.

Ghi lại kiểu phá hủy.

10. Biểu thị kết quả

10.1. Vẽ đồ thị các dữ liệu mỏi

Các kết quả được biểu thị dưới dạng đồ thị (xem Hình 3):

– trên trục Y (thang tuyến tính): các ứng suất hoặc biến dạng đỉnh;

– trên trục X (thang loga):  số lượng chu kỳ.

Phương pháp đại diện này đưa ra đồ thị Wöhler hoặc kiểu S-N. Nếu các dữ liệu độ bền tới hạn được vẽ trên cùng đường cong thì các dữ liệu mức độ tải trọng mỏi phải được sử dụng đối với các vật liệu phụ thuộc mức độ tải trọng. Điểm dữ liệu này được vẽ tại 0,5 chu kỳ.

 

 CHÚ DẪN

X log N

Y ứng suất (MPa)

Hình 3 – Ví dụ về đồ thị bền mỏi

10.2. Phân tích kết quả

10.2.1. Vẽ đường cong

Vẽ đồ thị của tất cả các kết quả riêng lẻ thu được từ các phép thử đã tiến hành, như cho trong Hình 3. Xử lý dữ liệu theo quy trình xử lý đường cong, như phương pháp bình phương tối thiểu (đặc biệt nếu các dữ liệu này xấp xỉ với đường thẳng) để chỉ ra xu hướng của dữ liệu.

Để giữ lại thông tin đầy đủ về dữ liệu thử, nên đưa các điểm dữ liệu thực nghiệm vào báo cáo thử nghiệm (xem Hình 3).

10.2.2. Phân tích thống kê các kết quả

Phương pháp phân tích này yêu cầu phải thử một loạt các phép thử đối với từng mức ứng suất đã biết và có độ lặp lại tốt tại mức ứng suất này.

Phân tích thống kê (ví dụ đường cong kiểu Weibull) có thể được áp dụng với tất cả các kết quả thử đo được tại mỗi mức ứng suất (xem Hình 4). Phương pháp này không chính xác trong vùng lân cận của giới hạn độ bền (đường cong tiệm cận) vì đối với các mức ứng suất tương đương, thời gian sống có thể có một khoảng rộng.

11. Độ chụm

Độ chụm của phương pháp này chưa có vì thiếu dữ liệu thử nghiệm liên phòng.

CHÚ THÍCH Một số thông tin có thể xem trong thư mục tài liệu tham khảo [3].

 

 CHÚ DẪN

X log N

Y ứng suất (MPa)

Hình 4 – Phân tích thống kê các kết quả

12. Báo– cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm các thông tin sau:

a) Viện dẫn tiêu chuẩn này;

b) Mô tả đầy đủ vật liệu được thử, bao gồm:

– ký hiệu, bản chất nền, bản chất, kiểu và hàm lượng vật liệu gia cường, kiểu khổ sợi và số xếp chồng;

– nguồn gốc, số mã hiệu của nhà sản xuất và số lô;

– quy trình sản xuất được sử dụng (nếu biết);

c) Phương pháp sử dụng để có được mẫu thử (các thông số gia công);

d) Phương pháp thử sử dụng và tiêu chuẩn áp dụng (kéo, uốn);

e) Chi tiết về máy thử, gồm kiểu cảm biến và độ chính xác;

f) Kiểu kiểm soát (ví dụ, tải trọng, dịch chuyển) và kiểu chu kỳ sóng;

g) Môi trường thử (nhiệt độ, độ ẩm) và phương pháp điều hòa;

h) Số lượng mẫu thử sử dụng;

i) Kích thước mẫu trung bình (rộng x dày x dài) và hình dạng;

j) Mô hình thử, ví dụ kiểu (3 điểm hoặc 4 điểm) và khoảng thử;

k) Diện tích hoặc bề mặt mẫu thử chịu ứng suất;

l) Tính chất tĩnh tới hạn theo mức độ chuẩn;

m) Tính chất tĩnh tới hạn theo mức độ mỏi, nếu có yêu cầu;

n) Điều kiện áp dụng tối đa và tối thiểu (hoặc trung bình và biên độ);

o) Tỷ lệ R;

p) Tần suất thử (Hz);

q) Tiêu chuẩn phá hủy sử dụng (ví dụ vỡ hoặc giảm độ cứng);

r) đối với từng mẫu thử:

– kích thước mẫu,

– ứng suất/biến dạng áp dụng, v.v…, điều kiện,

– số lượng chu kỳ đến khi vỡ (hoặc chu kỳ đến khi giảm 20 % độ cứng),

– nhiệt độ bề mặt tối đa của mẫu thử, nếu trên giá trị ngưỡng,

– kiểu phá hủy;

s) Đồ thị điển hình của độ ứng mẫu thử và/hoặc sự suy giảm theo số chu kỳ, nếu có thể;

t) Các đồ thị của ứng suất áp dụng (hoặc biến dạng hoặc độ dịch chuyển) theo số chu kỳ đến phá hủy N đối với tất cả các mẫu thử [dữ liệu này có thể được vẽ lại theo các tính chất tới hạn – sử dụng các tính chất tới hạn mức độ mỏi nếu các tính chất tới hạn (tĩnh) đơn điệu phụ thuộc mức độ];

u) Ngày thử.

 

PHỤ LỤC A

(tham khảo)

Khuyến cáo bổ sung đối với quy trình thử uốn

Mẫu thử và mô hình thử được lấy theo TCVN 10592 (ISO 14125). Thiết bị thử cần phải thay đổi nếu sử dụng tải trọng đảo ngược, nhưng khi mẫu thử có một mặt chịu tải trọng kéo và một mặt chịu tải trọng nén, các phép thử đảo ngược thường không cần thiết trừ khi cần nghiên cứu ảnh hưởng của ứng suất kéo và ứng suất nén đến việc gây ra phá hủy.

Chọn kích thước mẫu thử phù hợp với loại vật liệu composite được thử từ bốn lựa chọn nêu trong TCVN 10592 (ISO 14125).

Việc kiểm soát dịch chuyển và sóng hình sin thường được sử dụng vì dùng thiết bị rẻ (ví dụ như cam hoặc hệ đòn bẩy vận hành bằng mô tơ điện). Tuy nhiên, trong các trường hợp phá hủy mẫu thử dẫn đến sự giảm độ cứng mẫu thử và làm giảm ứng suất thì thường không thu được phá hủy kiểu tách lớp. Các kết quả này cần thiết đối với tiêu chuẩn giảm độ cứng. Kiểm soát tải trọng và sóng hình sin dạng khác là các tình huống thay thế sẵn có.

Tần suất thử thường có thể cao hơn đối với các phép thử kéo với cùng loại vật liệu vì sự gia nhiệt tự sinh (tự hình thành) nhỏ hơn. Khả năng dẫn nhiệt cao hơn của hệ sợi cacbon cho phép sử dụng tần suất thử cao hơn khi so sánh với hệ sợi thủy tinh và sợi aramit. Phải kiểm tra nhiệt độ mẫu thử tại mỗi mức tải trọng/ứng suất. Mức tăng nhiệt độ chấp nhận được tùy theo sự phụ thuộc của nhiệt độ với các tính chất tới hạn của vật liệu được thử, nhưng nên ở trong giới hạn 10 ^oC.

Tỷ lệ R (tối thiểu/tối đa) bằng 0,1 được khuyến cáo so với việc quy về điều kiện zero để duy trì sự tiếp xúc giữa mẫu thử và kẹp. Tuy nhiên, trong phép thử kiểm soát dịch chuyển, nếu có sự biến dạng rõ rệt, tiếp xúc với kẹp có thể bị bỏ qua tại điều kiện tối thiểu, do đó sự giảm độ cứng có thể không được thay đổi hơn nữa.

Xác định modul uốn tới hạn, tải trọng phá hủy và dịch chuyển khi phá hủy đối với:

a) Thời gian phá hủy ở 30 s đến 90 s;

b) Thời gian phá hủy phù hợp với tần suất mỏi (ví dụ 0,1 s đối với 5 Hz) (tài liệu tham khảo [1] nêu chi tiết hơn và cách tiến hành).

Điều này dùng để kiểm tra có sự phụ thuộc mức độ nào không (ví dụ với hệ sợi thủy tinh) khi các dữ liệu từ các phép thử dãy b) được sử dụng để xác định các mức thử mỏi.

Các điều kiện thử điển hình đối với các hệ sợi thủy tinh là:

– năm phép thử tại bốn mức ứng suất, ví dụ 80 %, 65 %, 55 % và 40 % của mức độ “mỏi” (UFS^F);

– năm phép thử đối với UFS tại mức độ “mỏi” (UFS^F);

– năm phép thử đối với UFS tại mức độ “chuẩn” (UFS^S);

– năm phép thử thêm đối với phép thử (thời gian sống) dài hơn, hoặc yêu cầu khác.

CHÚ THÍCH 1 Đối với tấm nhiều lớp (laminate) sợi cacbon thẳng hàng, có thể yêu cầu phần trăm cao hơn.

Theo dõi nhiệt độ mẫu thử ít nhất đối với mẫu thử đầu tiên tại từng mức thử. Mức tăng nhiệt độ nhỏ hơn 10 ^oC trong suốt phép thử đến đứt gãy có thể bị bỏ qua. Với mức tăng nhiệt độ cao hơn, tất cả các phép thử phải được theo dõi hoặc phải giảm tần suất thử. Điều này không áp dụng với bất kỳ sự tăng nhiệt độ nhanh nào có liên quan đến phá hủy cuối.

Nếu mức tăng nhiệt độ không được kiểm soát, thì nhiệt độ tối đa phải được báo cáo đối với từng mẫu thử. Gắn một cặp nhiệt điện với mẫu thử để thực hiện phép đo này.

Theo dõi độ cứng mẫu thử từ ứng suất tối thiểu và tối đa (kiểm soát tải trọng) và biến dạng tối thiểu và tối đa (kiểm soát biến dạng) hoặc bằng cách theo dõi các vòng trễ như mô tả trong tài liệu tham khảo [2].

Ghi lại độ cứng là hàm số của thời gian thử/số chu kỳ cho đến khi mẫu phá hủy hoặc ít nhất giảm 20 % độ cứng hoặc đến mức giảm độ cứng khác theo thỏa thuận đối với các phép thử kiểm soát độ dịch chuyển/biến dạng.

CHÚ DẪN

X biến dạng, %

Y ứng suất, MN.m^-2

Hình A.1 – Vòng trễ điển hình

(Hệ số suy giảm = 6,69 x 10^-2, E’= 17,45 GN.m^-2, số chu kỳ = 8 986)

 

CHÚ DẪN

X số chu kỳ N, (x 10⁴)

Y₁ X suy giảm

Y₂ modul, GN.m^-2

1 điểm phá hủy

Hình A.2 – Thay đổi modul trữ và suy giảm

 

PHỤ LỤC B

(tham khảo)

Khuyến cáo bổ sung đối với quy trình thử kéo

Mẫu thử và mô hình thử được lấy theo TCVN 4501-4 (ISO 527-4) và ISO 527-5. Mẫu thử và thiết bị thử cần thiết phải thay đổi nếu tải trọng nén, bao gồm cả tải trọng đảo ngược hoàn toàn được sử dụng vì các mẫu thử kéo này không bền dưới các tải trọng nén. Nên tham khảo TCVN 10593 (ISO 14126) đối với thông tin về các yêu cầu cần thiết để tránh hiện tượng uốn cột do tải trọng nén. Nếu tải trọng nén được áp dụng, cần lưu ý đến việc đảo ngược bộ truyền chịu tải (ví dụ kẹp kiểu nêm). Chọn kích thước mẫu thử từ các lựa chọn sẵn có đối với vật liệu được thử.

Kiểm soát tải trọng và sóng hình sin thường được sử dụng. Điểm cuối của phép thử thường là đứt gãy nhưng cũng có thể sử dụng tiêu chuẩn giảm độ cứng.

Tần suất thử thường có thể thấp hơn đối với các phép thử uốn với cùng loại vật liệu vì sự gia nhiệt tự sinh (tự hình thành) cao hơn do thể tích của mẫu thử khi chịu ứng suất kéo sẽ lớn hơn. Khả năng dẫn nhiệt cao hơn của hệ sợi cacbon cho phép sử dụng tần suất thử cao hơn khi so sánh với hệ sợi thủy tinh và sợi aramit. Phải kiểm tra nhiệt độ mẫu thử tại mỗi mức tải trọng/ứng suất. Mức tăng nhiệt độ chấp nhận được tùy theo sự phụ thuộc của nhiệt độ với các tính chất tới hạn của vật liệu được thử, nhưng nên ở trong giới hạn 10 ^oC.

Tỷ lệ R (tối thiểu/tối đa) bằng 0,1 được khuyến cáo so với việc quy về điều kiện zero để tránh không đặt tải lên bộ truyền chịu tải (ví dụ kẹp kiểu nêm).

Xác định modul kéo tới hạn, ứng suất phá hủy và biến dạng đối với:

a) Thời gian phá hủy ở 30 s đến 90 s;

b) Thời gian phá hủy phù hợp với tần suất mỏi (ví dụ 0,1 s đối với 5 Hz) (tài liệu tham khảo [1] nêu chi tiết hơn và cách tiến hành).

Điều này dùng để kiểm tra có sự phụ thuộc mức độ nào không (ví dụ với hệ sợi thủy tinh) khi các dữ liệu từ các phép thử dãy b) được sử dụng để xác định các mức thử mỏi.

Các điều kiện thử điển hình đối với các hệ sợi thủy tinh là:

– năm phép thử tại bốn mức ứng suất, ví dụ 80 %, 55 %, 40 % và 25 % của mức độ “mỏi” (UTS^F);

– năm phép thử đối với UTS tại mức độ “mỏi” (UTS^F);

– năm phép thử đối với UTS tại mức độ “chuẩn” (UTS^S);

– năm phép thử thêm đối với phép thử (thời gian sống) dài hơn, hoặc yêu cầu khác.

CHÚ THÍCH 1 Đối với tấm nhiều lớp (laminate) sợi cacbon thẳng hàng, có thể yêu cầu phần trăm cao hơn.

Theo dõi nhiệt độ mẫu thử ít nhất đối với mẫu thử đầu tiên tại từng mức thử. Mức tăng nhiệt độ nhỏ hơn 10 ^oC trong suốt phép thử đến đứt gãy có thể bị bỏ qua. Với mức tăng nhiệt độ cao hơn, tất cả các phép thử phải được theo dõi hoặc phải giảm tần suất thử. Điều này không áp dụng với bất kỳ sự tăng nhiệt độ nhanh nào có liên quan đến phá hủy cuối.

Nếu mức tăng nhiệt độ không được kiểm soát, thì nhiệt độ tối đa phải được báo cáo đối với từng mẫu thử. Gắn một cặp nhiệt điện với mẫu thử để thực hiện phép đo này.

Theo dõi độ cứng mẫu thử từ ứng suất tối thiểu và tối đa (kiểm soát tải trọng) và biến dạng tối thiểu và tối đa (kiểm soát biến dạng) hoặc bằng cách theo dõi các vòng trễ như mô tả trong tài liệu tham khảo [2].

Ghi lại độ cứng là hàm số của thời gian thử/số chu kỳ cho đến khi mẫu phá hủy hoặc ít nhất giảm 20 % độ cứng hoặc đến mức giảm độ cứng khác theo thỏa thuận đối với các phép thử kiểm soát độ dịch chuyển/biến dạng.

CHÚ DẪN

X biến dạng, %

Y ứng suất, MN.m^-2

Hình B.1 – Vòng trễ điển hình

(Hệ số suy giảm = 6,69 x 10^-2 , E’ = 17,45 GN.m^-2, số chu kỳ = 8 986)

CHÚ DẪN

X số chu kỳ N, (x 10⁴)

Y₁ X suy giảm

Y₂ modul, GN.m^-2

1 điểm phá hủy

Hình B.2 – Thay đổi modul trữ và suy giảm

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] ISO 2818, Plastics – Preparation of test specimens by machining.

[2] SIMS, G.D., A VAMAS round-robin on fatigue test methods for polymer matrix composites – Part 1: Tensile and flexural tests of unidirectional materials, NPL Report DMM (A) 180, 1989.

[3] SIMS, G.D., and BASCOMBE, D., Continuous measurement of degradation during fatigue testing, 6^th International Conference on Composite Materials, 2nd European Conference on Composite Materials, London, 1988, Proceedings, Vol.4, pp. 161-171.

[4] SIMS, G.D.,Validation results from VAMAS and ISO round-robin exercises, ICCM-10, Whistler, Canada, Vol, IV, pp. 195-202, 1995

[5] SIMS, G.D., and GLADMAN, D.G., Effect of test conditions on the fatigue strength of glass fabric laminate – Part A: Frequency, Plastics and Rubber: Materials and Applications, 1, pp.41-48, 1978.

[6] SIMS, G.D., and GLADMAN, D.G., Effect of test conditions on the fatigue strength of glass fabric laminate – Part B: Specimen condition, Plastics and Rubber: Materials and Applications, 3, pp.122-128, 1980.