Усталостная долговечность – одна из наиболее значимых характеристик для эксплуатации изделий, выполненных из композиционных материалов. Испытания с целью ее изучения проводят, чтобы найти предел выносливости композита, получить сведения для обоснованного прогнозирования рабочих ресурсов конструкций, оборудования, транспортных средств. В ходе исследований регистрируют количество циклов, при воздействии которых материал не разрушается от усталостных трещин или расслоений.
ГОСТ Р 57143-2016 устанавливает правила определения усталостных характеристик композитов с полимерной матрицей и высокопрочным волокнистым армированием. Методика предусматривает приложение растягивающих циклических усилий с постоянной амплитудой до разрушения или до расслоения образцов.
Специфика циклических испытаний ПК по методикам ГОСТ Р 57143-2016
Изложенная в стандарте методика заключается в безвозвратном повреждении образца, изготовленного из полимерного композита, при приложении растягивающего усилия. Испытания проводят путем моделирования нагрузки с постоянными параметрами: формой цикла, частотой периода, типом асимметрии. Стандарт допускает возможность приложения растягивающей нагрузки в двух вариациях.
Установленная документом методика испытаний предназначена для изучения упруго-прочностных свойств ПК. Информацию используют в научных разработках, при расчетах прочности конструкций, проектировании. Полученные данные позволяют анализировать влияние условий нагружения, внешней среды и способа укладки слоев на механические характеристики армированных композитов.
Образцы изготавливают по технологии, применяемой производителями материалов, размеры регламентирует ГОСТ 56785. Исследования проводят на плоских прямоугольных экземплярах, торцы которых снабжены накладками толщиной до 1,5 мм. Если накладки не применяются, участки удерживания образцов в захватах испытательных установок обрабатывают наждачной бумагой, чтобы предотвратить выскальзывание.
Перед тестами образцы проходят процедуру кондиционирования в стабильных температурно-влажностных условиях. Если в НД продукции не указаны особые требования по атмосферным параметрам, подготовка проводится при tº = 23±3 °C, φ = 50±10 %. Затем по 3 раза измеряют длину и ширину подготовленных экземпляров, рассчитывают и фиксируют в протоколе среднее арифметическое поперечного сечения.
Для настройки рабочих параметров перед испытаниями циклическим растяжением с постоянной амплитудой измеряют предел прочности, прикладывая нагрузку в статическом режиме. По итогам статических исследований выбирают мощность растягивающего усилия или величину деформации. Начальное значение должно быть не более 80 % зарегистрированного предела прочности.
Стандарт представляет 2 варианта передачи нагрузки, которые различаются по контрольным параметрам:
- Мягкий. Цикл мягкого типа ориентирован на напряжение. Контролируемыми параметрами являются: амплитуда напряжения, максимальное, среднее и минимальное напряжение. Для передачи усилия можно воспользоваться амплитудным или прямым способом. Амплитудный вид предполагает постепенное наращивание усилия от начального значения до стартового для отсчета циклов показателя. Второй способ предопределяет моментальный выход на необходимую для циклических испытаний нагрузку.
- Жесткий. Цикл жесткого типа ориентирован на амплитуду деформаций. Измерение деформаций производится установленными на образцы сенсорами. Для этой разновидности контрольными параметрами являются максимум, минимум и средний показатель деформации, амплитуда деформационных изменений. По аналогии с мягким вариантом достижение требующейся нагрузки осуществляется посредством постепенного наращивания или мгновенным выходом на необходимую величину усилия, с которого начинается отсчет циклов.
В процессе испытаний температуру образцов необходимо контролировать, так как при превышении допустимого уровня хотя бы на 10 °C механические свойства композитов с полимерной основой меняются. Для контроля нагрева ПК при циклических воздействиях устанавливают датчики температуры. Приборы располагают так, чтобы они не оказывали влияния на динамические характеристики исследуемого материала.
Количество пройденных циклов регистрируют при разрушении образца. Однако полимерная основа композита может быть не разрушена при многократно повторяющемся циклическом растяжении. Потому допускается проводить тестирование до появления расслоения.
Технические средства для циклических испытаний ПК
Определение усталостной прочности композитов с полимерной матрицей при воздействии циклической растягивающей нагрузки проводят с использованием следующих машин и атрибутов:
Сотрудники компании «ГОСТ», профессионализм которых соответствует экспертному уровню, детально проконсультируют, помогут выбрать машины и сопутствующие средства для испытаний ПК на стойкость к циклическому растяжению.