Three-Point Bending Fatigue Tests of Carbon Fiber Reinforced Plastic Using the SEM Servopulser
Aplikace | 2024 | ShimadzuInstrumentace
Kompozitní materiály vyztužené uhlíkovými vlákny (CFRP) nabízejí vysoký poměr pevnosti ke hmotnosti a tuhost, což je činí ideálními pro letecký, automobilový a další průmysl. Hodnocení únavové životnosti těchto materiálů je nezbytné pro zajištění dlouhodobé spolehlivosti konstrukcí a včasné detekce poruchových mechanismů, jako jsou praskání matrice, delaminace vrstev nebo přetržení vláken.
Studie si klade za cíl:
Testování probíhalo ve dvou krocích. Nejprve byly na systému EHF-L provedeny statické tříbodové ohybové zkoušky rychlostí 1 mm/min na čtyřech vzorcích pro stanovení průměrné lomové pevnosti (628 MPa). Na základě této hodnoty byly nastaveny maximální zatížení 60–85 % pevnosti pro únavové testy.
Spojení stolního únavového testování EHF-L a SEM Servopulseru umožnilo kvantitativní stanovení S-N křivky CFRP a současně detailní sledování iniciace a šíření trhlin. Tato kombinace metod zvyšuje spolehlivost a přesnost únavového hodnocení kompozitních materiálů a nabízí cenný nástroj pro výzkum i průmyslové aplikace.
Mikroskopie
ZaměřeníVýrobceShimadzu
Souhrn
Význam tématu
Kompozitní materiály vyztužené uhlíkovými vlákny (CFRP) nabízejí vysoký poměr pevnosti ke hmotnosti a tuhost, což je činí ideálními pro letecký, automobilový a další průmysl. Hodnocení únavové životnosti těchto materiálů je nezbytné pro zajištění dlouhodobé spolehlivosti konstrukcí a včasné detekce poruchových mechanismů, jako jsou praskání matrice, delaminace vrstev nebo přetržení vláken.
Cíle a přehled studie
Studie si klade za cíl:
- Vytvořit S-N křivku pro tříbodové ohybové únavové zkoušky CFRP pomocí stolního systému Servopulser EHF-L.
- Nastavit a provést únavové testy v SEM Servopulseru, který kombinuje vysokoteplotní únavové zkoušení s rastrovacím elektronovým mikroskopem pro detailní pozorování trhlin.
- Sledovat progresi poškození materiálu v reálném čase při různých únavových zatíženích.
Použitá metodika a instrumentace
Testování probíhalo ve dvou krocích. Nejprve byly na systému EHF-L provedeny statické tříbodové ohybové zkoušky rychlostí 1 mm/min na čtyřech vzorcích pro stanovení průměrné lomové pevnosti (628 MPa). Na základě této hodnoty byly nastaveny maximální zatížení 60–85 % pevnosti pro únavové testy.
- Testovací systémy: Servopulser EHF-L a SEM Servopulser
- Load cell: 10 kN
- Testovací přípravek: tříbodový ohybový přípravek (rozpětí 30 mm, poloměr kontaktních bodů R2)
- Řídicí jednotka: Servo Controller 4830 s příslušným softwarem pro Windows
- Příprava vzorku pro SEM: nanesení zlaté vrstvy pro lepší vodivost a obrazový kontrast
Hlavní výsledky a diskuse
- S-N křivka ukázala klesající životnost s rostoucím zatížením od 377 do 535 MPa (20 Hz, R=0,1). Některé vzorky po 10 milionech cyklů nevykazovaly porušení.
- SEM sledování umožnilo identifikovat počáteční matrixové trhliny i následné praskání vláken již po stovkách cyklů při 30–100× zvětšení.
- Postupem testu se poškození rozšířilo na opačnou stranu vzorku a objevily se nové trhliny, což potvrzuje komplexní únavové chování CFRP.
Přínosy a praktické využití metody
- Propojení únavového testování s SEM poskytuje detailní pohled na iniciaci a růst trhlin, což zvyšuje porozumění poškozovacím mechanismům CFRP.
- Výsledky mohou podpořit návrh odolnějších kompozitních konstrukcí a optimalizaci materiálových soustav ve výzkumu i průmyslových aplikacích QA/QC.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Integrace automatizovaných algoritmů pro analýzu obrazů SEM a kvantifikaci poškození během testu.
- Rozšíření metodiky na různé teplotní a prostředíově zatěžované podmínky pro komplexní provozní simulace.
- Využití v dalších kompozitních systémech (keramika, kovové kompozity) a víceosých zatíženích.
Závěr
Spojení stolního únavového testování EHF-L a SEM Servopulseru umožnilo kvantitativní stanovení S-N křivky CFRP a současně detailní sledování iniciace a šíření trhlin. Tato kombinace metod zvyšuje spolehlivost a přesnost únavového hodnocení kompozitních materiálů a nabízí cenný nástroj pro výzkum i průmyslové aplikace.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Three-Point Bending Fatigue Tests of Welded Material Using the SEM Servopulser
2024|Shimadzu|Aplikace
Application News Tabletop Dynamic and Fatigue Testing System Servopulser EHF-L Series High-Temperature Fatigue Testing Machine with Scanning Electron Microscope SEM Servopulser Electron Probe Microanalyzer EPMA -8050G Three-Point Bending Fatigue Tests of Welded Material Using the SEM Servopulser Fumiaki Yano, Yuki…
Klíčová slova
servopulser, servopulserfatigue, fatiguebending, bendingsem, semspecimen, specimenepma, epmatest, testwelded, weldedspecimens, specimenstests, testspoint, pointfracture, fracturecrack, crackthree, threeusing
Three-Point Bending Fatigue Test and Crack Observation of Cracked Specimens Using SEM Servopulser
2024|Shimadzu|Aplikace
Application News Dynamic and Fatigue Testing Machines Servopulser EHF-L Series Servopulser with Scanning Electron Microscope Three-Point Bending Fatigue Test and Crack Observation of Cracked Specimens Using SEM Servopulser Yuki Nishikawa, Fumiaki Yano User Benefits SEM Servopulser allows for real-time…
Klíčová slova
fatigue, fatigueservopulser, servopulserbending, bendingtest, testforce, forcecycles, cyclescrack, cracksem, semfailure, failureload, loadspecimen, specimenpoint, pointpunch, punchthree, threestroke
Fatigue Testing of Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic (CFRTP)
2025|Shimadzu|Aplikace
Tabletop Dynamic and Fatigue Testing System Servopulser EHF-L Series Application News Fatigue Testing of Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic (CFRTP) Tsubasa Yamamoto and Fumiaki Yano User Benefits It is possible to evaluate fatigue of carbon fiber reinforced thermoplastic (CFRTP) by…
Klíčová slova
fatigue, fatiguecfrtp, cfrtpstress, stressreinforced, reinforcedfiber, fiberinquiry, inquirympa, mpathermoplastic, thermoplastictest, testcarbon, carbonspecimens, specimensdisplacement, displacementteeth, teethgripping, grippingehf
Fatigue Testing of Rigid Plastics (JIS K 7118)
2025|Shimadzu|Aplikace
Tabletop Dynamic and Fatigue Testing System Servopulser EHF-L Series Application News Fatigue Testing of Rigid Plastics (JIS K 7118) Tsubasa Yamamoto and Fumiaki Yano User Benefits It is possible to test in accordance with JIS K 7118 “General rules…
Klíčová slova
fatigue, fatiguestress, stressmpa, mpaspecimen, specimenrigid, rigidpvc, pvcinquiry, inquirytensile, tensileloading, loadingstatic, staticmaximum, maximumehf, ehfthermometer, thermometerplastics, plasticsservopulser