Приложение ДБ (справочное). Оригинальный текст невключенных структурных элементов примененного стандарта АСТМ

Приложение ДБ
(справочное)

Оригинальный текст невключенных структурных элементов примененного стандарта АСТМ

ДБ.1

1.2 Значения показателей, указанные в единицах СИ, считаются стандартными. Значения, указанные в скобках, приводятся только для информации.

Примечание - В настоящем методе испытания и стандарте ИСО 8256 рассматривается один и тот же вопрос, однако с различным техническим содержанием.

1.3 В настоящем стандарте не предусмотрено рассмотрение всех вопросов обеспечения безопасности, связанных с его применением. Пользователь настоящего стандарта несет ответственность установления соответствующих правил по технике безопасности и охране здоровья, а также определяет целесообразность применения законодательных ограничений перед его использованием.

ДБ.2

3 Терминология

3.1 Определения. Определения терминов, применимых к настоящему методу испытаний, приведены в АСТМ Д883.

ДБ.3

5 Значение и применение

5.1 Энергия ударного растяжения: количество энергии, необходимое для разрушения стандартного образца для испытания на ударное растяжение единственным взмахом стандартного откалиброванного маятника под воздействием ряда стандартных условий. Чтобы компенсировать незначительные отличия площади поперечного сечения образцов, энергия разрушения приведена к килоджоулям на квадратный метр (или к на квадратный дюйм) минимальной площади поперечного сечения. В разделе 10 описан альтернативный подход к приведению энергии удара, компенсирующему эти незначительные различия при использовании в качестве единиц измерения джоулей (фут-фунтов). В случае с идеально упругим материалом энергия удара, как правило, указывается на единицу объема материала, подверженного деформации. Вместе с тем, поскольку значительная часть энергии разрушения пластмассовых материалов, описываемой в настоящем методе испытания, рассеивается при выборке лишь части зоны испытания, такое приведение к стандарту на основе объема не представляется возможным. Для наблюдения эффекта удлинения или скорости расширения, или обоих следствий по результатам испытаний данный метод предусматривает две возможные геометрические конфигурации образцов. Результаты, полученные при использовании установок различной мощности, как правило, не сопоставимы.

5.1.1 Для образца типа S (короткий) расширение сравнительно небольшое, при этом для образца типа L (длинный) расширение сравнительно большое. В целом образец типа S (с более высокой частотой возникновения хрупкого излома) обеспечивает более высокую воспроизводимость результатов при меньшей дифференциации среди материалов.

Примечание - Потери на трение в значительной степени устраняются за счет тщательного расчета и правильной эксплуатации испытательной установки.

5.2 Разброс данных иногда объясняется различием механизмов разрушения в пределах группы образцов. Некоторые материалы объединяют сразу несколько различных механизмов разрушения. В этом случае удлинение будет в значительной степени зависеть от интенсивности расширения в ходе испытаний. Величины энергии удара для группы таких образцов будут иметь аномально большой разброс.

5.2.1 Некоторые материалы сжимаются при разрыве со значительной постоянной усадкой. В случае с такими материалами определение пластичного или хрупкого типа разрыва может быть крайне трудным, если не невозможным. Необходимо отсортировать набор образцов на две группы по признаку наличия шейки образца при испытании или ее отсутствия. Качественно интенсивность деформации в этом случае является промежуточной между высокой интенсивностью испытания по Изоду по АСТМ Д256 и низкой интенсивностью стандартного испытания на растяжение по АСТМ Д638.

5.3 Энергия разрушения является функцией силы, умноженной на расстояние приложения этой силы. Следовательно, при тех же геометрических характеристиках образца возможно, что для одного материала энергия ударного растяжения при разрушении будет обусловлена большой силой, связанной с малым удлинением, а для другого материала та же энергия разрушения будет обусловлена малой небольшой силой, связанной со значительным удлинением. Не следует допускать, что этот метод испытания соотносится с другими испытаниями или конечным испытанием, если такая связь не была установлена экспериментально.

5.4 Сравнению подлежат только результаты образцов номинально равной толщины и ширины пластины, если не было доказано, что энергия ударного растяжения, приведенная к килоджоулям на квадратный метр (или к на квадратный дюйм), площади поперечного сечения зависит от толщины в рассматриваемом интервале значений толщины. Достоверные сопоставления образцов из различных источников возможны только в той степени, в которой была точно воспроизведена подготовка образцов, например хронология формовки. Сопоставления между формованными образцами и образцами машинной обработки проводят только после предварительного установления характерной количественной разницы между двумя методами подготовки.

5.5 Отскок поперечной экструзионной головки создает часть энергии разрушения испытательного образца (см. приложение Х1).

5.6 Для многих материалов существуют технические спецификации, требующие применения данного метода испытания, но с определенными процедурными изменениями, которые имеют приоритет при соблюдении таких технических спецификаций. В связи с этим перед применением данного метода испытаний рекомендуется ознакомиться со спецификациями материалов. В АСТМ Д4000 (таблица 1) приведен перечень существующих стандартов АСТМ на материалы.

ДБ.4

12 Точность и систематическая погрешность

12.1 Точность настоящего метода испытания основана на двух внутрилабораторных исследованиях АСТМ Д1822 "Стандартные методы испытания на определение энергии ударного растяжения, разрушающей пластмассы и электроизоляционные материалы": первое было проведено в 1973 г. в восьми лабораториях с одним дублированием пяти образцов типа L гантельной конфигурации (с двумя значениями ширины калибра); второе исследование было проведено в 2012 г. в рамках одного лабораторного испытания двух изоляционных материалов в двух экземплярах. Каждый "результат испытания" представляет собой отдельное определение значения. За исключением анализа единственной реплики большинством участников, в части расчета и анализа данных соблюдались требования АСТМ Е691; подробные сведения приведены в Научно-исследовательском отчете АСТМ N D20-1258 и D20-1259.

12.1.1 Повторяемость r: Расхождение между повторяющимися результатами, полученными одним оператором в той или иной лаборатории, применяющей один и тот же метод испытания, на одной и той же аппаратуре в неизменных условиях работы на идентичном испытуемом материале в пределах небольших промежутков времени, в долгосрочной перспективе будет при нормальной и правильной реализации метода испытания превышать следующие значения только в одном случае из 20.

12.1.1.1 Повторяемость можно истолковывать как максимальную разницу между двумя результатами, полученными в условиях повторяемости, которая принимается как убедительная по случайным причинам при условии нормальной и правильной реализации метода испытания.

12.1.1.2 Пределы повторяемости перечислены в таблице 1.

12.1.2 Воспроизводимость R: Расхождение между двумя отдельными и независимыми результатами, полученными разными операторами, использующими одинаковый метод испытания, в разных лабораториях на разной аппаратуре и идентичном испытуемом материале, в долгосрочной перспективе будет при нормальной и правильной реализации метода испытания превышать следующие значения только в одном случае из 20.

Таблица 1 - Ударная энергия ()

	СреднееA	Среднеквадратическое отклонение воспроизводимости	Предел воспроизводимости
			r
Тип L	43,75	0,636	1,782
Тип S	29,80	0,424	1,188
А Усредненное значение по средним лабораторным значениям.

12.1.2.1 Воспроизводимость можно истолковывать как максимальную разницу между двумя результатами, полученными в условиях воспроизводимости, которая принимается как убедительная по случайным причинам при условии нормальной и правильной реализации метода испытания.

12.1.2.2 Пределы воспроизводимости перечислены в таблице 2.

12.1.3 Указанные выше условия (предел повторяемости и предел воспроизводимости) используют согласно АСТМ Е177.

12.1.4 Любая оценка в соответствии с пунктом 12.1.1, как правило, будет иметь приблизительную вероятность правильности 95 %, однако статистические данные о точности, полученные в этом ILS, не являются точными математическими величинами, пригодными во всех обстоятельствах и случаях. Отсутствие лабораторий, представляющих повторяющиеся результаты, по существу гарантирует появление в дальнейшем случаев, когда разница будет превышать расчетные результаты ILS, иногда со значительно большей или меньшей частотой, чем это предполагается по пределу вероятности 95 %. Предел воспроизводимости следует воспринимать в качестве общего правила, а связанную с ним вероятность 95 % - только как приблизительное значение ожидаемых величин.

12.2 Систематическая погрешность. На момент проведения исследования эталонный материал, подходящий для определения систематической погрешности данного метода испытания, не был принят, поэтому систематическая погрешность не определена.

Таблица 2 - Ударная энергия ()

	СреднееA	Среднеквадратическое отклонение повторяемости	Предел воспроизводимости
			R
Нейлон 6/6-w/33 % стекло - 1/8 дюйма	58,2	24,2	67,6
Нейлон 6/6-w/33 % стекло - 1/4 дюйма	61,7	17,8	49,8
Поликарбонат 6/6-w/40 % стекло - 1/8 дюйма	49,9	12,9	36,2
Поликарбонат 6/6-w/40 % стекло - 1/4 дюйма	37,1	15,1	42,4
Модифицированный полифениленоксид 6/6-w/20 % стекло - 1/8 дюйма	26,5	9,6	26,8
Модифицированный полифениленоксид 6/6-w/20 % стекло - 1/4 дюйма	36,1	6,2	17,2
Полипропилен 6/6-w/20 % стекло - 1/8 дюйма	21,9	6,3	17,7
Полипропилен 6/6-w/20 % стекло - 1/4 дюйма	25,5	7,3	20,3
ABS w/30 % стекло - 1/8 дюйма	21,3	5,4	15,0
АБС-сополимер 6/6-w/30 % стекло - 1/4 дюйма	23,5	6,0	16,9
А Усредненное значение по средним лабораторным значениям.

ДБ.5

Приложение
(необязательная информация)

Х1 Определение скорости отскока и коэффициента поправки на отскок

Х1.1 Общие сведения

Х1.1.1 При соприкосновении с упорным стержнем нижней части взмаха маятника поперечная экструзионная головка отскакивает с первоначальной скоростью в зависимости от степени эластичности контактной поверхности. Эластичное сжатие и расширение металлической поперечной экструзионной головки, имеющие место до отделения головки от упорного стержня, происходят в промежутке времени, приблизительно равном двойной толщине поперечной экструзионной головки, деленной на скорость звука в металле, из которого она изготовлена. Как правило, это порядка 25 мм (1 дюйм), деленных на 5080 м/с (200000 дюйм/с) или примерно 5 х 10^-6 с. В течение этого времени поперечная экструзионная головка, двигающаяся со скоростью примерно 3,4 м/с (135 дюйм/с), перемещается вдоль порядка 17 мкм (7 х 104 дюйма). Для пробного образца с модулем 3,4 ГПа (500000 фунтов/кв.дюйм) и удельной плотностью 1,0 скорость звука в образце составит лишь 1778 м/с (70000 дюймов/м), а волна напряжения будет перемещаться только на 10 мм (0,4 дюйма) за 5 х 10^-6 с. Таким образом, за такое короткое время волна напряжения не пройдет через толщину образца пластмассы до конца образца, прикрепленного к маятнику, и таким образом образец будет оказывать тормозящее усилие на поперечную экструзионную головку в момент отскока. Поэтому первоначальная скорость отскока поперечной экструзионной головки v₁ эквивалентна измеренному значению без образца в маятнике.

Х1.2 Определение скорости отскока

Х1.2.1 Скорость отскока v₁ свободной поперечной экструзионной головки можно определить фотографическим анализом (высокоскоростная съемка или стробоскопные методы) или по методу коэффициента упругого восстановления.

Х1.2.2 Было отмечено, что в некоторых случаях скорость отскока поперечной экструзионной головки составляет примерно 1,88 м/с (6,2 фута/с). Кроме того, было отмечено, что при определенной геометрической конфигурации коэффициент упругого восстановления стали на стали составляет примерно 0,55 (Справочник фундаментальных технических показателей Эшбаха). Поскольку 0,55 х 11,3 фута (3,44 м)/с = 6,2 фута (1,88 м)/с, приблизительное значение скорости отскока можно принимать равным 6,2 фута/с в случае со стальными поперечными экструзионными головками, если использование высокоскоростной съемки не имеет смысла. Тем не менее предпочтительным методом определения скорости отскока поперечной экструзионной головки является фотографический анализ.

Х1.3 Определение поправочного коэффициента

Х1.3.1 После удара и отскока поперечной экструзионной головки на образец оказывают растягивающее воздействие два движущихся тела - маятник с энергией MV₂/2 и поперечная экструзионная головка с энергией mv₂/2. При разрушении образца круговая шкала маятника регистрирует только потерянную маятником энергию. Таким образом, для определения энергии разрушения образца необходимо добавить увеличивающуюся энергию, переданную поперечной экструзионной головкой. Еще раз обращают внимание на движущуюся поперечную экструзионную головку перед разрушением образца. По мере удаления поперечной экструзионной головки от упорного стержня ее замедляет образец, подвергающийся растяжению. Если образец не разрушится очень быстро, скорость поперечной экструзионной головки уменьшится до нуля и теоретически поперечная экструзионная головка может повторно вернуться к упорному стержню и вновь отскочить. Такой второй отскок не наблюдался в ряде анализов высокоскоростной съемки разрушений ударным растяжением, но если он произойдет, нельзя больше предполагать, что образец не оказывает тормозящего усилия, при этом определение скорости поперечной экструзионной головки во втором отскоке становится относительно сложным.

Х1.3.2 В случае только одного отскока вычисляют поправку (то есть увеличивающуюся энергию, переданную поперечной экструзионной головкой) следующим образом:

По определению

(Х.1.1)

и по определению

,

(Х.1.2)

где М - масса маятника, /m (/фут);

m - масса поперечной экструзионной головки, /m (/фут);

V - максимальная скорость центра ударного воздействия поперечной экструзионной головки маятника, м/с (фут/с);

- скорость центра ударного воздействия маятника в момент разрушения образца, м/с (фут/с);

- скорость поперечной экструзионной головки сразу после отскока, м/с (фут/с);

- скорость поперечной экструзионной головки в момент разрушения образца, м/с (фут/с);

E - показания энергии на круговой шкале маятника, Дж ();

е - энергия, передаваемая поперечной экструзионной головкой, т.е. коэффициент поправки на отскок, который необходимо добавить к показаниям маятника, Дж ().

После отскока поперечной экструзионной головки импульс сил системы (в горизонтальном направлении) должен оставаться неизменным. Не принимая во внимание вертикальные компоненты импульса сил, можно записать:

MV - mv₁ - MV₂ - mv₂.

(Х.1.3)

Формулы Х1.1-Х1.3 можно объединить:

.

(Х.1.4)

Если е выражен как функция E (для фиксированных значений V, M, m и v₁), значение е будет увеличиваться с нуля, проходить через максимум (равный mv2/2) и уменьшаться, проходя через нуль и становясь отрицательным. Единственной частью этой кривой, для которой был проведен достаточно точный анализ, является начало кривой, где она проходит между значениями нуля и mv₁/2. После обратного хода поперечной экструзионной головки поправка определяется менее четко, а после второго контакта с упорным стержнем определение корректировки становится намного сложнее. Таким образом, для простоты расчета принимается, что как только е достигает своего максимального значения, поправочный коэффициент остается неизменным в значении mv₂/2. Необходимо четко представлять, что использование этой части кривой на рисунке 5, где е является константой, не дает точной корректировки. Вместе с тем по мере роста E поправочный коэффициент становится относительно менее значимым для общей точности результатов из того предположения, что максимальная поправка составляет mv₁₂/2.

ДБ.6

Х2 Процедура настройки и калибровки установки ударного растяжения малой мощности от 1,4 до 22 Дж (от 1 до 16 ) для испытания пластиковых образцов

Х2.1 Установите копер на прочный стенд. Он не должен "гулять" по стенду, который не должен существенно вибрировать. Потери энергии из-за вибрации будут давать завышенные показания. Закрепляют маятниковый копер болтами к стенду весом не менее 23 кг (50 фунтов), при его использовании для мощностей более 2,7 Дж (2 ).

Х2.2 Проверяют выравнивание копра в обоих направлениях в плоскости основания, используя спиртовой уровень, установленный на основание в случае наличия удовлетворительной эталонной поверхности или отвес. Копер выравнивают с точностью до tan-10,001 в плоскости взмаха и с точностью до tan-10,002 в плоскости, перпендикулярной к взмаху.

Х2.3 Проверяют на наличие признаков трения или помех между головкой маятника и упорным стержнем, а также проверяют боковой зазор между головкой маятника и упорным стержнем при свободном свисании маятника. Неравные боковые зазоры могут указывать на прогиб маятникового рычага, вала или неисправность подшипников. Чрезмерный боковой зазор может также указывать на неисправность подшипников. Если при свободном свисании боковые зазоры равны, но есть признаки наличия помех, маятник может не обладать достаточной жесткостью. Регулируют подшипники вала, повторно устанавливают упорный стержень или выпрямляют вал маятника, по мере необходимости, чтобы получить необходимый контакт головки маятника с упорным стержнем.

Х2.4 Проверяют прямолинейность маятникового рычага в пределах 1,2 мм (0,05 дюйма) поверочной линейкой или глядя на вал сверху. Иногда этот рычаг прогибается, позволяя маятнику резко ударять по захвату, если на маятнике установлены тяжелые грузы.

Х2.5 Поворачивают маятник в горизонтальное положение, поддерживая его веревкой, зажатой в зажиме головки маятника таким образом, чтобы веревка находилась точно на продольной оси образца. Другой конец веревки закрепляют на подходящем устройстве для измерения нагрузки. Груз маятника должен быть в пределах 0,4 % веса, необходимого для мощности данного маятника. Если необходимо добавить или убрать груз, балансируют добавленный или снятый груз относительно центра ударного воздействия. Не рекомендуется добавлять груз на противоположную сторону оси подшипника от головки, чтобы повысить эффективную длину маятника так как распределение массы приведет к значительной потере энергии через вибрацию маятника.

Таблица Х2.1 - Межлабораторная аттестация

Толщина алюминия 5052, дюймы	Мощность копра		Ударная прочность при разрыве		кДж/м2	Приблизительное среднеквадратическое отклонение
Алюминий, дюймы	Дж		кДж/м2	/дюйм2		/дюйм2
0,020	5,4 (1)A	4 (1)	622	296	55	26
	6,8 (4)	5 (4)	559	266	55	26
	20 (2)	15 (2)	542	258	110	52
0,050	5,4 (1)	4 (1)	748	356	72	34
	6,8 (4)	5 (4)	732	348	53	25
	20 (2)	15 (2)	666	317	44	21
A Цифры в скобках указывают на число копров, используемых при получении среднего значения.

Таблица Х2.2 - Преобразование единиц ударного растяжения

Умножить	на	Результат
	0,113	Джоуль
	1,356	Джоуль
Джоуль	8,85
Джоуль	0,738
/дюйм2	2,101	Килоджоули/метр2
Килоджоуль/метр2	0,476	/дюйм2

Х2.6 Рассчитывают эффективную длину маятникового рычага или расстояние до центра ударного воздействия от оси вращения по процедуре в примечании 3. Эффективная длина должна быть в пределах 1 % расстояния от центра вращения к лезвию маятника.

Х2.7 Измеряют вертикальное расстояние падения для центра ударного воздействия маятника от верхней до самой нижней точки. Расстояние должно составлять 61062 мм (2460,1 дюйма). Вертикальное расстояние можно отрегулировать путем изменения положения захвата маятника.

Х2.8 Когда маятник находится в положении, при котором поперечная экструзионная головка касается упорного стержня, стрелка должна находиться в пределах 0,2 % указателя полной шкалы.

Х2.9 Трение стрелки должно быть отрегулировано таким образом, чтобы стрелка сохраняла свое положение в любой части шкалы. Переводной палец стрелки должен быть надежно зафиксирован на стрелке. Фрикционное устройство регулируют по рекомендациям изготовителя.

Х2.10 Показания свободного маха 2,7 Дж (2 ) маятника (без образца) от высоты падения не должны превышать 2,5 % шкалы первого маха. Более высокое значение указывает на избыточное трение стрелки или загрязнение подшипника. Чтобы очистить подшипники, погружают их в растворитель для смазки и просушивают в струе воздуха. Очищают подшипники до свободного вращения или заменяют их. Перед установкой смазывают очень тонким слоем машинного масла. Необходимо рассчитать воспроизводимый метод запуска маятника с правильной высоты.

Х2.11 Положение стрелки после трех махов маятника (каждый из начального положения) без ручной корректировки стрелки должно быть в пределах 1/2 и 1 % шкалы. Если показания отличаются, копер установлен неровно, калибровочная шкала рассогласована или палец маятника находится в неправильном положении регулировки.

Х2.12 Вал, вокруг которого вращается маятник, не должен иметь выявляемого радиального люфта [менее 0,05 мм (0,002 дюйма)]. Осевой люфт 0,25 мм (0,010 дюйма) допускается в случае осевого усилия 1 кг (2,2 фунта) в различных направлениях. Этот вал должен находиться в горизонтальном положении в пределах tan^-1 0,003, которое необходимо проверять уровнем.

Х2.13 Центр рабочих поверхностей упорного стержня должен находиться в плоскости, параллельной оси маятника в пределах tan^-1 0,001. Рабочие поверхности упорного стержня должны быть параллельны поперечной и вертикальной осям маятника в пределах tan^-1 0,001. Одна сторона поперечной экструзионной головки не должна соприкасаться с упорным стержнем после 0,05 мм (0,002 дюйма) после касания другой стороны. Это измерение можно провести, удерживая рукой поперечную экструзионную головку на месте в головке маятника и ощутив щелчок поперечной экструзионной головки по упорному стержню со вставленными тонкими прокладками между поверхностью поперечной головки и упорным стержнем. Если поперечная экструзионная головка не соприкасается равномерно, проверяют наличие зазубрин и заусенцев на поперечной головке, а также маятник на скручивание.

Х2.14 Верхнюю часть основания копра и место вокруг упорного стержня покрывают мягкой резиной или пластмассовым материалом с низким коэффициентом трения с поперечной экструзионной головкой, чтобы поперечная экструзионная головка могла скользить или отскакивать от упорного стержня после удара. Это необходимо для того, чтобы поперечная экструзионная головка не соприкасалась с маятником при обратном махе. В противном случае возможны значительные повреждения поперечной экструзионной головки и маятника.

Х2.15 Копер не следует использовать для определения более 85 % энергоемкости маятника.

Х2.16 Чтобы расположить образец параллельно основанию копра в момент удара в пределах tan^-1 0,01 и соответственно с центром удара в пределах 0,25 мм (0,01 дюйма), предусматривают зажимное приспособление.

Х2.17 Для проверки точности и надежности установки ударного растяжения используют стандартные образцы, изготовленные из алюминия 5052 Н-32. Для установок ударного растяжения малой мощности могут использоваться образцы толщиной 0,458 мм (0,020 дюйма), а для установок ударного растяжения высокой мощности рекомендуются образцы толщиной 1,27 мм (0,050 дюйма). При межлабораторных аттестационных испытаниях на десяти стандартных образцах "L" по данным шести участвующих лабораторий составлены средние стандартные отклонения, приведенные в таблице Х2.1. Стандартные образцы можно получить от компании Koehler Instrument Co., 1595 Сикамор авеню, Богемия, Лонг-Айленд, Нью-Йорк 11716.

Х2.18 При преобразовании единиц измерения ударного растяжения используют таблицу Х2.2 умножением значения в единицах слева на число в центре справа с результатом в правой части.