ASTM D3039는 복합 재료의 인장 특성을 결정하기위한 널리 사용되는 테스트 표준입니다. 가벼운 특성과 높은 인장 강도로 인해 항공 우주 및 자동차 산업에서 복합 재료가 점점 더 선호되며 많은 응용 분야에서 금속을 대체하는 데 사용되고 있습니다. 다양한 유형의 복합재가 있지만, ASTM D3039는 높은 모듈러스 섬유로 강화 된 중합체 매트릭스로만 적용됩니다. 이 안내서는 장비, 소프트웨어 및 필요한 샘플의 개요를 포함하여 ASTM D3039 인장 테스트의 기본 요소를 소개하도록 설계되었습니다. 그러나 ASTM D3039 테스트를 수행하려는 사람은이 안내서가 전체 표준을 읽을 수있는 적절한 대체물로 간주해서는 안됩니다.
ASTM D3039 테스트는 시편 (쿠폰)에 인장력을 적용하고 응력 하에서 시편의 다양한 특성을 측정하여 수행됩니다. 범용 테스트 머신 (인장 테스트 기계라고도 함)에서 수행되며 단일 표준으로 인치 파운드와 SI 장치를 모두 결합합니다. ASTM D3039는 다음과 같은 인장 특성을 측정합니다.

인장 강도 - 시험 중에 적용되는 최대 응력 (일반적으로 파손 스트레스)
궁극적 인 인장 변형 - 파손시 변형
인장 모듈러스 - 응력에 반응하여 재료가 변형 될 수있는 양 (스트레치).
Poisson의 비율 : 두 종단 변형점 사이의 횡 방향 변형률의 변화의 비율 (일반적으로 계수 결정에 사용 된 것과 동일), 즉 0.1 ~ 0.3%)
전이 변형 : 재료가 수율 거동 (응력-변형 응답의 기울기 변화로 표시됨)을 나타내는 경우, 전이 변형은 기울기 변화가 발생하는 변형 값입니다.
실패 모드 : 파손 된 시편을 검사해야하며 해당 실패 유형, 면적 및 위치는 세 문자 코드를 통해 기록되어야합니다.
ASTM D3039는 입자 또는 짧은 섬유로 강화 된 플라스틱에 특이 적이며, 이들 재료의 인장 특성을 특성화, 자격을 갖추고 인증하는 데 사용되는 가장 기본적인 테스트 중 하나입니다. 그러나, 이방성 및 이종 복합 재료의 다양한 기계적 특성을 완전히 특성화하려면 광범위한 다른 테스트가 필요하다. 복합재의 압축 특성을 테스트 해야하는 사람은 ASTM D695를 참조해야합니다. 복합재의 인라인 전단 테스트가 필요한 사람들은 ASTM D3846을 따라야합니다. D3039에 대한 사전 구성된 테스트 방법과 다른 많은 복합재 테스트 방법이 Bluehill Universal Composites Application 모듈에 포함됩니다.
ASTM D3039 시편은 일정한 단면으로 직사각형 모양입니다. 시편의 최소 길이는 총 그립 길이 + 2 x 너비 + 게이지 길이와 같지만 굽힘 응력을 최소화하기 위해 더 큰 길이를 권장합니다. 시편 너비와 두께는 섬유의 양과 관련하여 벌크 재료를 나타냅니다. 단방향, 90 ° 단방향, 균형 및 대칭 및 임의의 무작위 재료 유형에 대한 4 개의 권장 시편 구조가 있습니다. ASTM D3039는 연속 및 불연속 파이버 보강재 모두에 사용될 수 있지만, 라미네이트 시편의 배치는 시험 방향에 대해 균형을 잡고 대칭해야합니다.
시편의 단면적은 테스트 전에 측정해야합니다. 이는 게이지 길이 내 3 곳에서 폭과 두께를 측정하고 평균화하여 수행됩니다. 하나 또는 양쪽 표면이 불규칙한 경우, 두께를 측정하려면 볼 인터페이스가있는 마이크로 미터가 필요합니다. 두 표면이 평평한 경우 볼 또는 평평한 인터페이스가있는 마이크로 미터를 사용할 수 있습니다. 표본 너비를 측정하려면 평평한 모루 인터페이스가있는 마이크로 미터 또는 캘리퍼가 필요합니다. Bluehill Universal의 자동 시편 측정 장치 기능을 사용하면 운영자는 두 장치 (마이크로 미터 또는 캘리퍼)를 컴퓨터에 연결하고 데이터를 소프트웨어에 직접 입력 할 수 있습니다. 이것은 입력 오류의 가능성을 제거하고 효율성을 증가시킵니다.
ASTM D3039 테스트는 테이블 상단 또는 플로어 모델 범용 테스트 시스템에서 수행됩니다. 30 kN 또는 50 kN 시스템은 유리 섬유 복합재를 테스트하기에 충분할 수 있지만, 탄소 섬유 복합재를 테스트하기 위해서는 100 또는 250 KN 시스템이 필요합니다.
복합 시편을 유지하는 데 사용되는 그립은 테스트 중에 시편이 미끄러지는 것을 방지하기 위해 충분히 강하고 심지어 압력을 제공해야합니다. 턱 얼굴 패턴은 재료에 적합하고 상태가 양호해야합니다. 그립의 정렬은 적당한 변형 수준 (> 1000 µ)에서 굽힘 변형을 3-5% 내로 제한해야합니다.
ASTM D3039에 적합한 그립 설계에는 정밀 수동 쐐기 그립과 유압 웨지 그립이 포함됩니다. 이 두 그립은 움직이는 바디 설계를 사용하고 시편 위치 정지를 통합하여 필요한 정렬을 달성하면서 복합재 및 기타 재료의 안정적인 그립을 제공합니다.
테스트 중에 변형을 측정하기 위해 여러 가지 장치를 사용할 수 있습니다. 가장 일반적인 것은 실험실의 요구에 따라 다양한 옵션으로 제공되는 ecrensometers입니다. 가장 간단한 것은 축 변형률을 측정하기위한 고정 게이지 길이 2630 클립 온선 미터입니다. 연산자는 각 테스트의 시작 부분에서 시편에 직접 클립하고 시편이 파손되기 전에 제거해야합니다.
Poisson의 비율을 테스트하는 경우 시편의 탄성 영역 전체에서 폭의 변화를 측정하기 위해 횡 방향 유전계를 추가해야합니다. 독립형 횡 방향 확장기는 기존 클립 온 또는 자동 유전계를 보충하는 데 사용될 수 있거나 이축 장치를 사용하여 축 방향 및 가로 변형을 동시에 측정 할 수 있습니다.
종종 테스트중인 복합재는 궁극적으로 비 반면 조건에서 사용될 예정입니다. 이러한 최종 사용 응용 분야를 시뮬레이션하기 위해, 가열 또는 냉각 (LN2 또는 CO2)이 사용될 수있는 온도 챔버 내부에서 ASTM D3039가 수행된다. 스트레인 게이지 또는 클립 온 엑스트펜스메이터는 최대 200 ° C의 최대 온도를 사용할 수 있습니다. 대안 적으로, 비접촉 고급 비디오 확장기 (AVE 2)를 사용할 수 있습니다. AVE 2는 온도 챔버 외부에 장착되며 카메라를 사용하여 테스트 전반에 걸쳐 시편의 변형을 추적하며 테스트 연산자가 테스트 중에 챔버 도어를 열고 닫을 필요가 없다는 이점이 있습니다.
전기 저항 스트레인 게이지는 또한 ASTM D3039 테스트 동안 변형을 결정하는 데 유용합니다. Extensometers와 달리 스트레인 게이지는 실패시 변형을 측정하는 데 사용할 수있는 소모품 품목입니다. 이 게이지는 일반적으로 접착제와 함께 시편에 결합되는 얇은 금속 포일 그리드로 구성됩니다. 스트레인 게이지는 극저온 온도에서 200 ° C 이상까지 환경 조건에서 사용될 수 있지만 유용한 전기 신호를 생성하려면 컨디셔닝이 필요합니다. 사용하기 쉬운 어댑터는 테스트 머신의 표준 전자 제품과 함께 사용할 수 있습니다. 복합 재료는 고장 전에 실질적으로 변형되지 않기 때문에, 결합 된 스트레인 게이지의 극단적 인 정밀도는 때때로 ASTM D3039 테스트를 위해 신장계의 사용보다 바람직 할 수있다.
비 반면 조건 하에서 복합 재료 테스트는 일반적으로 온도 챔버 내부에서 수행됩니다. 이 챔버는 저항성 가열 요소와 함께 강제 공기 대류를 사용하여 고온 및 액체 질소 또는 이산화탄소 냉각을 달성하여 저온을 달성합니다. 환경 챔버는 비 반면 테스트 조건에서 재료 특성을 평가하기위한 광범위한 온도 테스트 기능을 제공합니다. 모든 상보적인 그립, 풀로드 및 신근계를 사용할 수 있습니다.