ĐẶC TÍNH VẬT LIỆU cOMPOsITe LỚP

1. CHƯƠNG 4 ĐẶC TÍNH VẬT LIỆU cOMPOsITe LỚP

2. 4.1. Giớithiệu • Làcáctínhchấtvàứngxửcủanókhichịukéo, nén, cắt ở dạngtĩnh/ độngtheomôitrườngthực hay phòngthínghiệm • Làthông tin cơbảnđểlựachọnvậtliệukhithiếtkế • Đượcxácđịnhbằngcáchtiếnhànhcácthửnghiệmvậtlývàcơhọc trong cácđiềukiệncủaphòngthínghiệm • Phươngphápthínghiệmkhácvớicácphươngphápthínghiệmđốivớivậtliệuđẳnghướng. • Đốitượngchính: Composite nềnnhựanhiệtcứngcốtsợiliêntục

3. 4.2. Nguyênlýchung Tổngquanvềthínghiệmcơhọc • Cácđốitượngcủathínghiệmcơhọc: • Kiểmsoátchấtlượng • Đảmbảochấtlượng • So sánhgiữacácvậtliệuvàlựachọn • Tínhtoánthiếtkế • Dựbáođặctínhdướicácđiềukiệnlàmviệckhácvớiđiềukiệnthínghiệm • Chỉthịcácchươngtrìnhpháttriểnvậtliệu • Xuấtphátđiểmchocáclýthuyếtmôhìnhhóa

4. 4.2. Nguyênlýchung Cácđặcđiểmcủathínghiệm VLC • Nhữngđặcđiểmphátsinhtừlýthuyếtđànhồidịhướng • Tạoratrườngứngsuấtkhôngđổi trong vậtmẫu • Tránhhiệuứngbiên • Đảmbảomứcđặttảithíchhợpmàkhônggâyhưhại hay gầnpháhỏngtạicácđiểmđặttải • Kíchthướcmẫuphùhợp trong tươngquantỷlệvớikếtcấukhôngđồngnhất • Tươngtáckéo - cắt.

5. 4.3. Đặctínhkéo Mẫuthínghiệmkéo (1969) • Mẫu ASTM D 638 • Mẫucạnhthẳng (Dastin); • Mẫucổdài (long-neck), dạngnơ (bow-tie) (Dastin);

6. 4.3. Đặctínhkéo Mẫuthínghiệmkéo (1969) (d) Mẫudạngvai, cóđầukẹpcholớp 90° (Hoggart); (e) Mẫucạnhthẳng, cóđầukẹpcholớp 00; (f) Mẫucạnhthẳng, cóđầukẹp (Elkin);

7. Cácmẫukéo VLC đúngtrục (0° và 90°) hiệntại ASTM D 30393 (00) ASTM D 30393 (900) ISO 5276 (0°); Cácphươngpháp CRAG 300 (0°) và 301 (90°)

8. Cácmẫukéo VLC lệchtrụchiệntại ASTM D 3039 • ISO 527 • CRAG method 302

9. Sơđồthínghiệm

10. Sơđồthínghiệm • Mụcđíchthínghiệm • Xácđịnhmodul Young modulus (E), hệsố Poisson (), ứngsuấtvàbiếndạngpháhủy (σu , εu) • Xâydựngbiểuđồứngsuất – biếndạng. • MáythínghiệmInstron 4505 cócơcấukẹpthủylực, load cell loại 100 kN; tốcđộkéothiếtlập 1 mm/phútđốivớikéodọcphươngsợivà 3 mm/phútvớithínghiệmkéolệchtrục. • Đểghichuyểnvịtheocảhaiphươngdọcvàngang trong quátrìnhthínghiệm, sửdụngcácthiếtbịđođộgiãn (extensometer) vớikhoảngđo 50mm và 25mm. • Kíchthướcmẫu 25 x 250 mm

11. Thiếtbịthínghiệm Đobiếndạng

12. Thiếtbịthínghiệm Đobiếndạng

14. Xửlýdữliệu Quanhệgiữabiếndạngthựcvàquyđổi • y = ax+b • Biếndạngmẫu = a biếndạngđo qua chuyểndịchđầukẹp + b

15. Xửlýdữliệu Quanhệgiữaứngsuất - biếndạng

16. Xửlýdữliệu Xácđịnhđộbềnkéovàbiếndạngpháhỏng

17. Xửlýdữliệu Xácđịnhmodulđànhồikéo

18. Xửlýdữliệu Xácđịnhhệsố Poisson

19. Quy đổidữliệu Đường cong ứngsuất – biếndạng

20. Đặctrưngpháhỏng ở cáclớpđơnhướng Đường cong ứngsuất – biếndạng Ứngsuấtkéo (10.000 psi) Biếndạngkéo (%)

21. Đặctrưngpháhỏng ở cáclớpđơnhướng Đường cong ứngsuất – biếndạng Pháhỏng do đứtsợi, kèmtheođólàsựtáchdọc (sự bong dándọctheotiếpgiápsợi – nhựa) theophươngsợi. • Dạngpháhỏngnàytạothànhhìnhchổiđặctrưng ở vùngbịpháhủycủamẫu 00 • Vớicácmẫu 900, hưhỏngchủyếulà do sựđứtgãycủanền hay tiếpgiápsợi – nhựa • Ở cácgóc trung gian, hưhỏngcóthểxuấthiện ở nhiềudạng, baogồmtiếpgiápsợi – nhựabịhỏng do trượt, nềnbịhỏng do trượtvàđứtgãycủanhựa • Môhìnhpháhỏngcáclớpđơnhướng: • (a) = 00, (b) = 900, (c) 0 <  < 900

22. 4.4 Đặctínhnén Giớithiệu • Cácđặctínhnéncủatấm composite mỏngrấtkhóđobởivìcóhiệntượngmấtổnđịnhngang ở mẫunén. Cácphươngphápthínghiệmvàmẫuthínghiệmphảiđảmbảoyêucầukhắcphụcvấnđềổnđịnh • Cóbaphươngphápthínghiệm • Phươngpháp Celanese: Đâylàthínghiệmchuẩn ASTM đầutiênđượcpháttriểnđểthửnénmẫu composite cốtsợi; tuynhiên, ở phươngphápnàycònmộtsốhạnchếnênkhôngcònđượcdùngnhưmộtphươngphápthửchuẩn. • Phươngpháp IITRI: Do việnnghiêncứucôngnghệ Illinois pháttriển, sauđóđượcchấpnhậnnhưphươngphápthínghiệmnénchuẩncho VLC (ASTM D3410). • Phươngphápnéncạnh Sandwich.

23. 4.4 Đặctínhnén Phươngpháp Celanese • Strain gages are mounted in the gage section to measure longitudinal and transverse strain data from which compressive modulus and Poisson’s ratio are determined

24. 4.4 Đặctínhnén Phươngpháp Celanese Đồgáthínghiệmnén Celanese

25. 4.4 Đặctínhnén Phươngpháp IITRI • Tươngtựnhưphươngpháp Celanese. Nhưngđầukẹphìnhnêmdạngcônđượcthaybằngdạngphẳng • Tiếpxúcgiữamặtnêmvàốngkẹptốthơnvằnângcaokhảnăngđịnhtâm • Phùhợpvớinhiềumẫucóchiềudầykhácnhau.

26. 4.4 Đặctínhnén Phươngpháp IITRI • Chiềudàichuẩncủamẫu là140 mm • Cóthểdùngmẫucóhoặckhôngcóđầukẹp.

27. 4.4 Đặctínhnén Phươngphápnéncạnh Sandwich • Ứngsuấtnén trung bìnhtronglớpvậtliệuđượctínhtoánvớigiảthiếtphầnlõikhôngchịulực.

28. 4.4 Đặctínhnén Xửlýdữliệu Bảngthựcnghiệmtheophươngphápthứ 3 cácđặctínhnéncủavậtliệu composite cốtsợi Carbon và Boron

29. 4.4 Đặctínhnén Xửlýdữliệu • Cácđặctínhnénphụthuộcvàoloạisợivàcấuhìnhlớp. • Dữliệuthínghiệmnénđốivới VLC cốtsợikháhạnchế. Mộtsốnhậnxéttừdữliệunéncáclớp composite 00: • Khôngnhưcáckimloạidẻo, VLC cómodulnénnhỏhơnnhiều so vớimodulkéo. • Khôngnhưcácđường cong ứngsuất - biếndạngkéo, cácđường cong ứngsuất – biếndạngnéncủacáclớp 00cóthểlà phi tuyến. • Độbềnnéndọccủacáclớp 00phụthuộcvàoloạisợi, tỷlệsợi/nhựa, độbềnuốncủavậtliệunền, tỷlệđườngkính/chiềudàisợi, độ song songcủasợi, cũngnhưđộbềncắtcủatươngtácsợi- nhựa. • Trongsốcácloạisợithươngmại, độbềnvàmodulnéncủa composite sợikevlar 49 thấphơnnhiều so vớiđộbềnvàmodulkéocủanó. Độbềnvàmodulnéncủa composite sợi carbon vàthủytinhthấphơn 1 chútvà composite sợi boron hầunhưkhôngcósựkhácbiệtvềcácđặctínhkéo-nén.

30. 4.5 Đặctínhuốn Giớithiệu • Cácđặctínhuốn, nhưđộbềnvàcácmoduluốnđượcxácđịnhbằngphươngphápthínghiệm ASTM D790. • Mẫuthínghiệmlà 1 dầmvậtliệu composite tiếtdiệnhìnhchữnhậtđượcđặttảitheochếđộuốn 3 điểmhoặcuốn 4 điểm. • Ứngsuấtsợilớnnhấtkhibịpháhủy ở mặt (thớ) chịukéocủamẫuđượcgọilàđộbềnuốncủavậtliệu. • Độbềnuốntrongthínghiệmuốn 3 điểmđượcxácđịnhdựatrênlýthuyếtdầmcủavậtliệuđồngnhất. • Cácmoduluốnđượctínhtoántừhệsốgóccủađường cong tảitrọng – độvõng.

31. 4.5 Đặctínhuốn Giớithiệu • Pmax - tảitrọnglớnnhấtkhimẫubịpháhỏng • b - chiềurộng; h = chiềucaovàL – chiềudàimẫu • mlàđộdốc (hệsốgóc) củađường cong tảitrọng – độvõng

32. 4.5 Đặctínhuốn Giớithiệu

33. 4.5 Đặctínhuốn Biểuđồlực-độvõngcủacáclớpđơnhướngđúngtrụcchịuuốnbađiểm

34. 4.5 Đặctínhuốn Đặctínhkéovàuốncủacáclớp Quasi-Isotropic • a- thínghiệmuốn 4 điểmvới L/h = 32 và L/b = 4.8. • b-vậtliệu : AS carbon fiber–epoxy composite, vf = 0.6

35. 4.6 Cácđặctínhtrượt Giớithiệu • Cácđặctínhtrượtgồmmodul G12vàđộbềntrượt12Ucủa composite cốtsợiđơnhướng. • Baphươngphápthínghiệmđểxácđịnhcácđặctrưngtrượt: • Thínghiệmcắt ±45: Thínghiệm (ASTM D3518) baogồmthínghiệmkéođơn, lớp composite đốixứng [+45/-45]nS. • Thínghiệmlệchtrục 100: Baogồmthínghiệmkéođơn, lớpđơnhướngvớiphươngsợi 100 so vớiphươnglựckéo. • ThínghiệmcắtIosipescu: (ASTM D5379) do Nicolai IosipescupháttriểnđểthínghiệmchocácvậtliệuđẳnghướngsauđóđượcWalrathvà Adams chấpnhậnđểxácđịnhđộbềnvàmodultrượtchovậtliệu composite.

36. 4.6 Cácđặctínhtrượt Thínghiệmcắt ±45 xx ,xx and yy, represent tensile stress, longitudinal strain, and transverse strain, respectively, in the [±45]nS tensile specimen.

37. 4.6 Cácđặctínhtrượt Thínghiệmcắt ±45 A typical tensile stress–tensile strain response of a [±45]nS boron–epoxy laminate and the corresponding shear stress shear strain diagram

38. 4.6 Cácđặctínhtrượt Thínghiệmlệchtrục 100 Biếndạngtrượt12đượcxácđịnhbằngcáchđocácgiátrịbiếndạngtheo 3 phươngkhácnhaubằngcácdụngcụđobiếndạnggắntrênmẫu

39. 4.6 Cácđặctínhtrượt ThínghiệmcắtIosipescu • It uses a double V-notched test specimen, which is tested in a four-point bending fixture • A uniform transverse shear force is created in the gage section of the specimen, while the bending moment at the notch plane is zero. Various analyses have shown that except at the close vicinity of the notch roots, a state of pure hear exist s at the notch plane. The presence of notch creates a shear stress concentration at the notch root, which reduces with increasing notch angle and notch root radius , but increases with increasing orthotropy, that is, increasing (E 11 = E22 ). Typical Iosipescu specimens use a 90 8 notch angle, notch depth equal to 20% of the specimen width, and notch root radius of 1.3 mm

40. 4.6 Cácđặctínhtrượt ThínghiệmcắtIosipescu

41. 4.6 Cácđặctínhtrượt ThínghiệmcắtIosipescu • Sửdụngmẫuthửvớirãnhcắtchữ V kép, sơđồđặtlựctươngtựnhưthínghiệmuốn 4 điểmvớitrạngtháitrượtthuầntúytạimặtphẳngrãnhcắt. • Ứngsuấtcắttậptrungtạimặtcắtngang qua đáyrãnh. Ứngsuấttậptrunggiảmnếutănggócchữ V vàbánkínhđáyrãnhnhưngtăngvớitínhchấttrựchướngcủavậtliệu(E1=E2). • MẫuthínghiệmIosipescuthườngsửdụnggócchữ V 900, độsâurãnhbằng 20% chiềurộngmẫuvàbánkínhđáyrãnh 1.3 mm • Ứngsuấtcắt:

42. 4.6 Cácđặctínhtrượt ThínghiệmcắtIosipescu • Biếndạngcắtđượcđobằngcặp sensor dánchéo ±450giữacácrãnhcắtchữ V. • Biếndạngcắt: • Cácmẫu 00đượcsửdụngđểđođộbềncắtvàmodulcắtcủa VLC cốtsợiliêntục • Cácmẫu 900 chỉrasựpháhỏng do cácứngsuấtkéovàcắtxuấthiệnbênngoàimặtphẳngrãnh. • Sơđồcácdạngpháhỏngchấpnhậnđượcvàkhôngchấpnhậnđược ở cácmẫu 00và 900nhưsau.

43. 4.6 Cácđặctínhtrượt ThínghiệmcắtIosipescu

44. 4.6 Cácđặctínhtrượt ThínghiệmcắtIosipescu • Cácđặctínhtrượtcủacáclớp [0] và [± 45]S So sánh: Vớithép: 75.8 GPa (11 Msi) vànhôm: 26.9 GPa (3.9 Msi). Nhậnxét 1. Quanhệứngsuất – biếndạngtrượtcủa VLC là phi tuyến. 2. Cáclớp 00cóđộbềnkéovàmodulkéodọcrấtcao, nhưngcácđặctínhcắtcủachúnglạithấp