Jakie testy można wykonać na uniwersalnej maszynie testującej?

A uniwersalna maszyna testująca (UTM) może wykonywać testy rozciągania, ściskania, zginania, ścinania, odrywania, zmęczenia i twardości – obejmujące zdecydowaną większość ocen właściwości mechanicznych wymaganych w różnych branżach. Niezależnie od tego, czy używasz Elektroniczna uniwersalna maszyna testująca lub Hydrauliczna uniwersalna maszyna testująca podstawowe możliwości testowania są szerokie, co czyni UTM jednym z najbardziej wszechstronnych instrumentów w każdym lablubatorium testującym materiały.

Próba rozciągania: najczęstsze zastosowanie

Próba rozciągania jest najczęściej wykonywaną próbą na uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej. Próbkę rozrywa się z kontrolowaną szybkością, aż do złamania. Kluczowe mierzone parametry obejmują:

• Maksymalna wytrzymałość na rozciąganie (UTS) — maksymalne naprężenie, jakie może wytrzymać materiał
• Siła plastyczności — naprężenie, przy którym rozpoczyna się trwałe odkształcenie
• Wydłużenie przy zerwaniu — miara ciągliwości
• Moduł Younga (moduł sprężystości) — sztywność materiału

Próby rozciągania dotyczą metali, tworzyw sztucznych, gumy, tekstyliów, folii, klejów i kompozytów. Stiardy takie jak ASTM E8/E8M (metale), ISO 6892-1 , i ASTM D638 (tworzywa sztuczne) regulują te procedury. Typowa próbka stali może mieć długość pomiarową 50 mm i być badana przy prędkości poprzeczki wynoszącej 2 mm/min.

Testowanie ściskania: pomiar nośności

Testy ściskania oceniają, jak materiał lub komponent zachowuje się pod obciążeniami ściskającymi (kruszącymi). Maszyna przykłada siłę skierowaną w dół na próbkę pomiędzy dwiema płytami dociskowymi. Wyniki obejmują wytrzymałość na ściskanie , moduł ściskania , i deformation behavior.

Typowe zastosowania obejmują:

• Cylindry betonowe (wytrzymałość na ściskanie zwykle waha się od 20 do 40 MPa dla stiardowego betonu konstrukcyjnego)
• Pianki i materiały opakowaniowe
• Kość i biomateriały w badaniach medycznych
• Sprężyny i elastomery

Odpowiednie stiardy obejmują ASTM C39 do betonu i ISO604 do tworzyw sztucznych. Hydrauliczne uniwersalne maszyny testujące są często preferowane w przypadku przekraczania testów ściskania o dużej sile 500 kN , takie jak beton konstrukcyjny i elementy z metali ciężkich.

Testowanie zginania (zginania): ocena odporności na zginanie

Próba zginania – zwana także próbą zginania lub próbą zginania trzypunktowego/czteropunktowego – mierzy odporność materiału na siły zginające. Próbka spoczywa na dwóch podporach, a obciążenie przykładane jest w środku (trzypunktowo) lub w dwóch punktach wewnętrznych (czteropunktowo).

Kluczowe wyniki obejmują wytrzymałość na zginanie i moduł zginania . Ten test jest krytyczny dla:

• Ceramika i szkło (gdzie próba rozciągania jest niepraktyczna ze względu na kruche pękanie)
• Kompozyty wzmocnione włóknem i panele z włókna węglowego
• Tworzywa sztuczne za ASTM D790 i ISO178
• Drewno budowlane i budowlane

Na przykład standardowa próbka polipropylenu badana zgodnie z normą ISO 178 będzie zazwyczaj wykazywać moduł sprężystości przy zginaniu wynoszący w przybliżeniu 1300–1800 MPa .

Testy na ścinanie i skręcanie

Badanie ścinania określa, jak materiał reaguje na siły przyłożone równolegle do jego przekroju poprzecznego. Uniwersalne maszyny wytrzymałościowe mogą być wyposażone w uchwyty ścinające umożliwiające:

• Badania ścinania w pojedynczym i podwójnym zakładku — do klejów i połączeń klejonych (wg ASTM D1002)
• Wytrzymałość na ścinanie międzywarstwowe (ILSS) — do laminatów kompozytowych
• Testy ścinania kołków — do elementów złącznych i połączeń śrubowych

Testy skręcania, choć zwykle wykonywane na dedykowanych maszynach skrętnych, można również przeprowadzić na UTM wyposażonych w osprzęt skrętny w celu pomiaru modułu sprężystości przy ścinaniu i zachowania przy skręcaniu do zniszczenia.

Testy odrywania i przyczepności

Test odrywania określa ilościowo siłę wiązania materiałów klejących, taśm, powłok i folii. Uniwersalna maszyna wytrzymałościowa odciąga jedną zespoloną warstwę od drugiej pod określonym kątem — zwykle 90° lub 180°. Siłę odrywania mierzy się w N/mm or N/25mm .

Typowe konfiguracje testowe obejmują:

• Test peelingu T (ASTM D1876) – do laminatów elastycznych
• Test odrywania o 180° (ASTM D903) – do taśm samoprzylepnych
• Test odrywania pod kątem 90° — do klejów i opakowań wyrobów medycznych

Elektroniczne uniwersalne maszyny testujące szczególnie dobrze nadają się do testów odrywania ze względu na ich precyzyjną kontrolę przy użyciu małej siły, często mierząc siły tak niskie, jak 0,01 N z czujnikami wagowymi o wysokiej rozdzielczości.

Badania zmęczeniowe na uniwersalnych maszynach wytrzymałościowych

Badanie zmęczeniowe poddaje próbkę powtarzającemu się cyklicznemu obciążeniu, aby określić, jak długo wytrzymuje naprężenia przed uszkodzeniem. Chociaż istnieją dedykowane systemy do testów zmęczeniowych, obsługuje je wiele nowoczesnych UTM – zwłaszcza modele serwohydrauliczne cykliczne badania zmęczeniowe przy określonych częstotliwościach.

Kluczowe parametry obejmują:

• Krzywe S-N (krzywe Wöhlera) — amplituda naprężenia w funkcji liczby cykli do zniszczenia
• Granica zmęczenia — naprężenie, poniżej którego materiał może wytrzymać nieskończone cykle
• Szybkość propagacji pęknięć — zgodnie z ASTM E647

Hydrauliczne uniwersalne maszyny testujące zazwyczaj działają z częstotliwościami do 10–50 Hz do testów zmęczeniowych, dzięki czemu są skuteczne w przypadku komponentów motoryzacyjnych, lotniczych i inżynierii konstrukcyjnej.

Badanie twardości i odporności na pękanie

Chociaż dedykowane testery twardości (Rockwell, Vickers, Brinell) są instrumentami standardowymi, niektóre UTM mogą być wyposażone w uchwyty wgłębne do przeprowadzania oprzyrządowane testowanie wcięć , zapewniając jednocześnie dane dotyczące twardości i modułu sprężystości.

Na UTM przeprowadza się również badanie odporności na pękanie – mierząc odporność materiału na propagację pęknięć. Typowe metody testowania obejmują:

• K _{układ scalony} (odporność na pękanie w płaszczyźnie odkształcenia) zgodnie z ASTM E399
• Testowanie całkowe J zgodnie z ASTM E1820 dla metali ciągliwych
• CTOD (przemieszczenie końcówki pęknięcia) — istotne dla stali konstrukcyjnej i jakości spoin

Elektroniczna i hydrauliczna uniwersalna maszyna testująca: porównanie możliwości testowych

Rodzaj uniwersalnej maszyny wytrzymałościowej znacząco wpływa na to, jakie testy są praktyczne. Poniższa tabela podsumowuje kluczowe różnice:

Specjalistyczne testy przeprowadzane z urządzeniami i akcesoriami

Wszechstronność UTM jest znacznie zwiększona dzięki wymiennym osprzętom i komorom środowiskowym. Dzięki odpowiednim akcesoriom można przeprowadzić także następujące specjalistyczne badania:

Testowanie pełzania i relaksacji naprężeń

W badaniu pełzania stosuje się stałe obciążenie przez dłuższy czas (od godzin do tygodni), aby zmierzyć odkształcenie zależne od czasu. Testy relaksacji naprężeń utrzymują ustalone odkształcenie i monitorują spadek naprężeń. Są one krytyczne dla polimery, złącza lutowane i stopy wysokotemperaturowe .

Testowanie w wysokich i niskich temperaturach

Komory środowiskowe zamontowane na UTM umożliwiają testowanie -70°C do 350°C , umożliwiające ocenę materiałów w zakresach temperatur eksploatacyjnych. Jest to niezbędne w przypadku komponentów lotniczych, uszczelek samochodowych i opakowań łańcucha chłodniczego.

Próba rozciągania tekstyliów i przędzy

Za pomocą uchwytów pneumatycznych lub kabestanowych UTM testuje poszczególne przędze, tkaniny, geotekstylia i włókniny według standardów, takich jak ISO 13934-1 i ASTM D5034 , mierząc siłę zrywającą i wydłużenie.

Testowanie wyrobów medycznych i biomechanicznych

UTM są szeroko stosowane w medycynie do testowania szwów, stentów, cewników, śrub kostnych i implantów. Aplikacje te wymagają zgodności z ISO10993 i ASTM F543 (śruby kostne). Rozdzielczość siły może być tak dobra, jak 0,001 N do badania delikatnych tkanek.

Przegląd zastosowań i standardów branżowych

Uniwersalne maszyny testujące obsługują praktycznie każdą branżę. Poniżej znajduje się podsumowanie typowych sektorów, przeprowadzonych testów i obowiązujących norm:

Wybór odpowiedniej uniwersalnej maszyny testującej do Twoich testów

Przy wyborze pomiędzy elektroniczną uniwersalną maszyną testującą a hydrauliczną uniwersalną maszyną testującą należy wziąć pod uwagę główne czynniki zakres siły, typ testu i wymagana dokładność :

• Wybierz Elektroniczny UTM dla sił poniżej 600 kN, precyzyjnych testów przy niskich prędkościach, testów odrywania, testowania wyrobów medycznych i zastosowań wymagających dużej rozdzielczości przemieszczenia (tak drobnej jak 0,001 mm ).
• Wybierz Hydrauliczny UTM do ciężkich testów przemysłowych powyżej 600 kN, zmęczenia wysokocyklowego, stali konstrukcyjnej, betonu oraz odkuwek lub odlewów o dużych przekrojach.
• Oba typy obsługują próby rozciągania, ściskania, zginania, ścinania i odrywania w całym spektrum materiałów, jeśli są odpowiednio wyposażone w osprzęt.

Laboratoria przeprowadzające różnorodne testy materiałów powinny mieć pewność, że oprogramowanie UTM obsługuje wiele standardów testowych jednocześnie i umożliwia łatwą zmianę osprzętu, skracając czas konfiguracji i zwiększając przepustowość testów.