Inleiding

In de techniek worden materialen blootgesteld aan verschillende soorten belastingen. De belastingen waaraan materialen kunnen worden blootgesteld, kunnen worden opgesomd als trekbelasting, drukbelasting, buigbelasting, afschuifbelasting of torsiebelasting. Tegelijkertijd kunnen deze belastingen statisch of dynamisch verschillen. Het materiaal kan een of meer van deze belastingen tegelijkertijd moeten weerstaan. In dit geval is het noodzakelijk om te weten welk materiaal onder welke omstandigheden gebruikt moet worden. Om materialen te groeperen, worden hun reacties onder bepaalde belastingen geobserveerd met tests en zo worden de mechanische eigenschappen van de materialen onthuld.

We kunnen de testen voor het verkrijgen van elasticiteitseigenschappen verdelen in statisch en dynamisch. Een test is statisch als de kracht wordt uitgeoefend met een maximale frequentie van 1 Hz, met een constante en slechts één keer. In dit geval is de spanning constant en de rekverhouding kleiner dan 0,25 in de statische test. Dynamische testen worden gebruikt voor dit soort belastingen omdat statische testen geen adequaat model kunnen vormen voor plotseling veranderende belastingen. Bij dynamische testen is de belasting variabel en wordt een sinusvormige vervorming op het monster toegepast. Deze testen kunnen ook worden uitgevoerd bij hoge of lage temperaturen. Als resultaat van dynamische testen wordt informatie verkregen over hardheid en demping. Vermoeiingstesten kunnen we beschouwen als een subtak van dynamische testen. De belasting wordt cyclisch toegepast. Deze testen worden uitgevoerd met trek-trek, compressie-compressie of compressie-omkeer trek cycli. Als resultaat van de vermoeiingstest kan de levensduur van de materialen worden bepaald. Vermoeiingssterkte en scheurvastheid worden ook bepaald met de vermoeiingstest.

 

Trektest

Trekproeven zijn een van de meest voorkomende testen in de techniek om de sterkte-eigenschappen van materialen te bepalen. Het wordt gedaan om de mechanische eigenschappen van isotrope materialen te bepalen. Deze test is in principe gebaseerd op het uitoefenen van een trekkracht op het proefstuk vanaf tegenovergestelde vlakken in dezelfde richting en het controleren van de spanning op het materiaal totdat het materiaal breekt. Als resultaat van de trekproef kan de vloeigrens, maximale treksterkte, vervormbaarheid, elasticiteitsmodulus, afschuifmodulus en Poisson's ratio van het materiaal worden verkregen.

Spanning-rekdiagrammen

Spannings- en rekdiagrammen

De nominale trekspanning die tijdens het testen op het materiaal wordt uitgeoefend, is als volgt:

Waarbij F de trekkracht is en A_0 de doorsnede onder spanning. En de rek wordt gedefinieerd als;

Waarbij L_0 de initiële lengte van de specie is en Δ_L de rek van het materiaal na de test.

Met de uit de test afgeleide waarden wordt de spanning-rek kromme verkregen. Deze kromme onthult het breekpunt van het materiaal, de vloeigrens, de maximale treksterkte en de brosheid-geleidbaarheidstoestand. Een ander voordeel is dat het informatie geeft ongeacht de afmetingen van het materiaal.

Het diagram hierboven toont de spanning-rek curve van een bros materiaal.

Voor de meeste krommen is het begingedeelte lineair. De vloeigrenswaarde wordt verkregen op de kromme wanneer een kromme parallel aan de helling van de kromme wordt getrokken vanaf het punt waar de rek in de spanning-rek kromme 0,2% is. Aan de hand van de vloeigrens kunnen we de maximale spanning bepalen die een materiaal kan weerstaan zonder permanente schade. Tot dit punt bevindt het voorwerp zich in het elastische gebied. Daarna komt het materiaal in het plastische gebied, waar de krachten die erop worden uitgeoefend permanente schade veroorzaken.

Opbrengst spanning

De helling van de denkbeeldige lijn die we trekken om de vloeigrens te vinden, geeft ons de elasticiteitsmodulus, een belangrijke materiaaleigenschap. De elasticiteitsmodulus wordt verkregen door:

De volgende vergelijking geeft de verhouding van Poisson weer, die het negatief is van de verhouding tussen horizontale verplaatsing en verticale verplaatsing:

Test

De meeste dwarsdoorsneden van de proefstukken die in de trekproef worden gebruikt, worden in de figuur getoond. Monsters kunnen worden gevormd als een plaat of een cilinder.

Afhankelijk van de materialen en de meetgevoeligheid kunnen verschillende klemtypes gebruikt worden. Elke bindmethode heeft zijn eigen voor- en nadelen.

Compressietest

De compressietest laat zien hoe materialen zich gedragen als ze worden samengedrukt of geplet. De test duurt meestal tot de stof breekt of tot een vooraf bepaalde limiet. De belasting die het materiaal kan weerstaan voordat het scheurt en de mate van degradatie tot dit punt worden zo berekend. Om een materiaal te testen, wordt het vaak verwarmd of gekoeld en onderworpen aan vele richtingen van drukkracht. Testen kunnen echter onder verschillende omstandigheden worden uitgevoerd.

Materialen met een hoge treksterkte hebben over het algemeen een lage druksterkte. Daarom worden deze materialen onderzocht door middel van compressietesten. De materialen waarop de meeste drukproeven worden uitgevoerd zijn over het algemeen brosse materialen, bijvoorbeeld composieten, beton, hout, metaal en bakstenen; polymeren, kunststoffen en schuimen.

Als resultaat van de compressietest wordt een kracht-rekdiagram verkregen. De kracht wordt dan omgezet in spanning om een spanning-rek curve te maken. Deze curve lijkt erg op de spanning-rek curve in de trekproef. Alleen staan de assen in de richting van de verkorting.

Samendrukspanning - % Samendrukvervorming

De berekeningen in de trekproef zijn ook geldig voor de drukproef. drukstres wordt uitgedrukt als;

Verpletteren

Pletten wordt gebruikt om uit te drukken hoeveel het materiaal verkort werd tijdens de test.

Druk de verliefdheid uit.

Zwelling

Zwelling is de groei in de dwarsdoorsnede van het geteste materiaal. Kneedbare materialen zijn gevoeliger voor zwelling. Het wordt geformaliseerd door:

Test

Voor brosse materialen worden meestal compressietests uitgevoerd. De compressiekarakteristieken van stijf schuim worden gegeven door ISO 844 als voorbeeld uit de normen. De waarden en vormen van de dwarsdoorsnede, temperatuur- en vochtigheidswaarden en verwachte resultaten van monsters worden in deze norm vermeld. De spanningen worden uitgedrukt in kPa.

De compressie-elasticiteitswaarde in de standaard is als volgt:

Hier is σ_e de kracht aan het einde van het conventionele elastische gebied, h_0 is de begindikte van het materiaal en x_e is de weg die wordt genomen door de kracht die de spanning genereert.

Hieronder volgen enkele van de normen die zijn ontwikkeld voor compressietesten:

ASTM D575-91 - Standaard testmethoden voor rubber eigenschappen bij samendrukken

ASTM E9-19 - Standaard beproevingsmethoden voor het samenpersen van metalen bij kamertemperatuur

TS EN ISO 14126 - Vezelversterkte kunststof composieten - Bepaling van drukeigenschappen in de lengterichting

 

Beschrijving van de techniek

De evaluatie van het mechanische gedrag van een proefstuk onder omstandigheden van trek en compressie kan worden uitgevoerd om basisgegevens over materiaaleigenschappen te verkrijgen die van cruciaal belang zijn voor het ontwerp van onderdelen en de beoordeling van serviceprestaties. De vereisten voor trek- en compressiesterktewaarden en de methodes om deze eigenschappen te testen zijn gespecificeerd in verschillende normen voor een grote verscheidenheid aan materialen. Testen kunnen worden uitgevoerd op bewerkte materiaalmonsters of op ware grootte of schaalmodellen van echte componenten. Deze testen worden meestal uitgevoerd met een universeel mechanisch testinstrument.

Een trekproef is een methode om het gedrag van materialen onder axiale trekbelasting te bepalen. De testen worden uitgevoerd door het proefstuk vast te zetten in het testapparaat en vervolgens een kracht op het proefstuk uit te oefenen door de kruiskoppen van de testmachine te scheiden. De snelheid van de kruiskop kan gevarieerd worden om de reksnelheid in het proefstuk te controleren. De gegevens van de test worden gebruikt om de treksterkte, de vloeigrens en de elasticiteitsmodulus te bepalen. Meting van de afmetingen van het proefstuk na de test levert ook vermindering van oppervlakte en rekwaarden op om de vervormbaarheid van het materiaal te karakteriseren. Trekproeven kunnen op veel materialen worden uitgevoerd, waaronder metalen, kunststoffen, vezels, kleefstoffen en rubbers. Testen kunnen worden uitgevoerd bij subambiente en verhoogde temperaturen.

Een drukproef is een methode om het gedrag van materialen onder een drukbelasting te bepalen. Samendrukproeven worden uitgevoerd door het proefstuk tussen twee platen te laden en vervolgens een kracht op het proefstuk uit te oefenen door de kruiskoppen naar elkaar toe te bewegen. Tijdens de test wordt het proefstuk samengedrukt en wordt de vervorming ten opzichte van de toegepaste belasting geregistreerd. De drukproef wordt gebruikt om de elasticiteitsgrens, de proportionele grens, de rekgrens, de vloeigrens en (voor sommige materialen) de druksterkte te bepalen.

 

Analytische informatie

Druksterkte - De druksterkte is de maximale drukspanning die een materiaal kan weerstaan zonder te breken. Broze materialen breken tijdens het testen en hebben een bepaalde waarde voor de druksterkte. De druksterkte van taaie materialen wordt bepaald door hun mate van vervorming tijdens het testen.

Elastische grens - Elastische limiet is de maximale spanning die een materiaal kan verdragen zonder blijvende vervorming na verwijdering van de spanning.

Rek - Rek is de hoeveelheid permanente verlenging van een proefstuk dat is gebroken tijdens een trekproef.

Modules van elasticiteit - De elasticiteitsmodulus is de verhouding tussen spanning (onder de proportionele grens) en rek, d.w.z. de helling van de spanning-rek kromme. Het wordt beschouwd als de maat voor stijfheid of stijfheid van een metaal.

Proportionele grens - De proportionele limiet is de grootste hoeveelheid spanning die een materiaal kan bereiken zonder af te wijken van de lineaire relatie van de spanning-rek kromme, d.w.z. zonder plastische vervorming te ontwikkelen.

Vermindering in oppervlakte - De vermindering in oppervlakte is het verschil tussen de oorspronkelijke doorsnede van een trekproefstuk en de kleinste oppervlakte bij de breuk na de proef.

Stam - Vervorming is de hoeveelheid verandering in de grootte of vorm van een materiaal als gevolg van een kracht.

Opbrengst Punt - De rekgrens is de spanning in een materiaal (meestal lager dan de maximaal haalbare spanning) waarbij een toename in rek optreedt zonder toename in spanning. Alleen bepaalde metalen hebben een vloeipunt.

Opbrengststerkte - De vloeigrens is de spanning waarbij een materiaal een gespecificeerde afwijking vertoont van een lineaire spanning-rek relatie. Voor metalen wordt vaak een afwijking van 0,2% gebruikt.

Uiteindelijke treksterkte - Uiteindelijke treksterkte, of UTS, is de maximale trekspanning die een materiaal kan verdragen zonder te breken. Het wordt berekend door de maximale belasting die wordt uitgeoefend tijdens de trektest te delen door de oorspronkelijke doorsnede van het monster.

 

Typische toepassingen

Trek en compressie eigenschappen van grondstoffen voor vergelijking met productspecificaties

Gegevens over materiaaleigenschappen verkrijgen voor eindige-elementenmodellering of ander productontwerp voor gewenst mechanisch gedrag en serviceprestaties

Simulatie van mechanische prestaties van componenten tijdens gebruik

 

Voorbeeldvereisten

Standaard trekproeven op metalen en kunststoffen worden uitgevoerd op speciaal geprepareerde proefstukken. Deze monsters kunnen machinaal bewerkte cilindrische monsters of vlakke plaatmonsters (dogbone) zijn. De testmonsters moeten een specifieke verhouding hebben tussen lengte en breedte of diameter in het testgebied (kaliber) om herhaalbare resultaten te produceren en te voldoen aan de standaard testmethode vereisten. Buisvormige producten, vezels en draden kunnen op ware grootte worden getest met behulp van speciale opspanmiddelen die een optimale grijp- en breuklocatie bevorderen.

Het meest gebruikte proefstuk voor drukproeven is een rechthoekige cilinder met vlakke uiteinden. Andere vormen kunnen gebruikt worden, maar hiervoor zijn speciale opspanningen nodig om knikken te voorkomen. Speciale configuraties voor het testen van onderdelen of servicesimulaties zijn afhankelijk van de specifieke testmachine die gebruikt gaat worden.

Het verschil tussen trek- en compressietestapparatuur

Bij trekproeven oefent de testmachine een trekbelasting of -kracht uit die de trekproefstukken uit elkaar trekt. Bij trekproeven op kunststoffen wordt het proefstuk uit elkaar getrokken om de treksterkte en andere eigenschappen zoals stijfheid en vloeigrens te meten. Er zijn verschillende industriestandaarden die algemeen aanvaarde methoden bieden voor trekproeven op kunststoffen. ASTM D638 en ISO 527-2 hebben beide een vergelijkbare maar verschillende gestandaardiseerde geometrie en afmetingen van het testmonster. Deze testen vereisen trekgrijpers die het proefstuk moeten vastgrijpen en zich aanpassen als het tijdens het testproces dunner wordt. Deze accessoires zijn anders dan compressieopspanningen. 

Bij compressietesten oefent de testmachine een duwende of samenpersende kracht uit om het testmonster samen te drukken tot het breekt of samendrukt. Compressietesten van een polymeer structureel schuimmateriaal wordt behandeld door ASTM D1621 waarin het type compressieplaten en de gebruikte doorbuigingsmeter worden gespecificeerd. Het testmonster wordt tussen drukplaten geplaatst totdat de celstructuur het begeeft of breekt.

Een universele testmachine kan zowel trek- als compressietests uitvoeren. De kruiskop kan gebruikt worden om het testmonster, dat zich tussen de grondplaat en de bewegende kop bevindt, te trekken of samen te drukken.

De trekproefopstellingen, of handgrepen, en reksensoren (bekend als extensometers) kunnen geen compressietesten uitvoeren. Ook de trekbanken zijn speciaal afgestemd op de exacte geometrie en afmetingen van het proefstuk. De druktestplaten en de doorbuigingsmeter kunnen ook alleen een druktest uitvoeren, dus in dit geval zijn beide sets accessoires nodig.

 

Als je meer informatie wilt over dit product, neem dan gerust contact met ons op.