5.3. SHEAR ÖZELLİKLERİ

a. Düzlem-Shear Testleri

a.1. ASTM D3518: Polimer Matris Kompozitlerin Düzlem – İçi Shear Responsu; ±45° Laminat Gerilme Testi

Bir laminatın (±45° düzenlenmiş) tek-yönlü gerilme testi, istifleme sırası ve ve kalınlık farklılığı dikkate alınarak ASTM D3039 test metoduna göre yapılır. Bu test düzlem-içi shear responsunun değerlendirilmesinde kullanılır. Laminat levha teorisi ve malzeme koordinat sistemi kullanılarak uygulanan aksiyal yükten düzlem-içi shear stres tayin edilir. Elde edilen verilerden shear stres-shear strain eğrisi çizilir.

Örnekler: Kupon geometrisi ASTM D3039’a benzer; farklı olarak istifleme [45⁰/−45⁰]_n şekilindedir;  tek-yönlü teypler (16, 20, veya 24 tabaka) için 4 £ n £ 6, dokuma fabrikler için (8, 12, veya 16 tabaka) 2 £ n £ 4 dür. Önerilen kupon genişliği 25 mm, uzunluğu 200-300 mm’dir.

Ölçülen Özellikler:

P_maks., P = yük (MPa), A = kesit alanı (mm²), e_x = boylamasına normal strain, e_y = lateral normal strain, Dt₁₂ ve Dg₁₂ = iki strain nokta ve iki shear strain nokta arasındaki farktır.

a.2. ASTM D5379: Kompozit Malzemelerin V-Çentikli Kiriş Metoduyla Shear Özellikleri

Test örneği fikstüre yerleştirilir ve fikstürün iki yarı kısmı bir test makinesinde sıkıştırılırken uygulanan yük de bir monitörle izlenir. Yarı kısımlar arasındaki relatif yer-değiştirme nedeniyle çentikli örneğe yük biner. Örneğin ortasına çentiklerden biraz uzakta, yükleme eksenine ±45⁰ konumda iki strain geyç element yerleştirilmiştir; bu konumda malzemenin shear responsu ölçülür.

Örnekler: Örnekler dikdörtgen şeklinde düz şerit kuponlardır. Örneğe merkezi olarak V-çentikler açılır (Şekil-1 ve 2), özel bir fikstürle test makinesine yerleştirilir ve yük uygulanır (Şekil-3).

(Örnek/tab kalınlığı ve gripleme/tabların kullanımı: malzeme oryantasyonu: 1-2/2-1 shear özellikleri, 1-3/2-3 shear özellikleri, 3-1/3-2 shear özellikleri: ASTM D5379)

Ölçülen Özellikler:

F^u = ultimat kuvvet (MPa)P^u = %5 shear straindeki yük (N), P_i = i. noktadaki yük (N), A = kesit alanı (mm²), e₊₄₅ = + 45° ve e₋₄₅ = −45° = i. noktada normal strainler Dt = iki strain nokta arasında uygulanan stres farkı, Dg = iki strain nokta arasındaki farktır.

Şekil 1: V-çentikli kiriş test kuponu

Şekil-2: V-çentikli kiriş test örneği (boyutlar mm)

Şekil 3: V-çentikli kiriş test fikstürü ve Iosipescu shear test makinesi

a.3. ASTM D4255: Polimer Matris Kompozitlerin Ray Shear Metoduyla Düzlem – İçi Shear Özellikleri

İşlem A: İki-Ray Shear Testi

Zıt kenarları üzerinde delikler bulunan düz bir panel, iki paralel çelik yükleme rayı arasına yerleştirilir (Şekil-1), Gerilim yükü uygulandığında bu fikstür örnekte shear kuvvetleri yaratacağından panel boyunca çökmeye yol açar. İki-ray shear fikstürle sıkıştırma yükü de uygulanabilir.

Yük-strain verileri elde edilmek istendiğinde, örneğin her iki yüzünde uygun konumlara birer üç-element strain geyç yerleştirilir. Önerilen test örneği boyutları Şekil-3’de görülmektedir.

İşlem B: Üç-Ray Shear Testi

Düz bir panel, zıt kenarlar ve merkezdeki raylara yerleştirilir ve yan raylar desteklenerek merkez raya yükleme yapılır (Şekil-2). Merkez raydaki bir yükleme (gerilme veya sıkıştırma) örneğin her kısmında shear yükü yaratır; yük örneğin çökmesine kadar uygulanabilir.

Test fikstüründe, cıvatalarla örneğe bağlanmış üç paralel ray bulunur. Dıştaki iki ray baz levhaya tutturulmuştur; dolayısıyla makineye yerleştirilen kısımlardır. Üçüncü, yani ortadaki ray baz fikstürün tepesindedir. Sistem normal olarak sıkıştırma yükü altındadır. Orta raya gerilim yükü de uygulanabilir, ancak bunun için baz fikstürün test makinesine bağlanması gerekir.

Yük-strain verileri elde edilmek istendiğinde, örneğin zıt yüzleri üzerinde uygun konumlara üç-element strain geyçler yerleştirilir (Şekil-4).

Ölçülen Özellikler:

F^u = ultimat shear stres (MPa), P_m. = maksimum yük (N), P = yük (N), t_i = shear stres (MPa), A = test kısmının kesit alanı (mm²), g = shear strain (me), e = +45⁰ ve +45⁰ yönlerdeki normal strainler (me), Dt = iki strain nokta arasındaki shear stres farkı, Dg = iki shear strain nokta arasındaki farktır.

a.4. ASTM D5448: Kasnak Sarım Polimer Matris Kompozit Silindirlerin Düzlem – İçi Shear Özellikleri

İnce duvarlı bir kasnak sarımlı (hoop wound) silindir iki uç fikstürde bağlanır. Örnek/fikstür sistemi test makinesine yerleştirilir ve monolitik düzlem içi shear yükleme yapılır; yükleme boyunca kayıt alınır. Örneğin çökmesinden önceki maksimum yükten düzlem içi shear kuvveti tayin edilebilir. Geyçlerle silindir straini gözlendiğinde stres-strain respons, çökmedeki düzlem içi shear strain, ve düzlem-içi shear modül hesaplanabilir.

Örnekler: Test örneğinin uzunluğu 140 mm (geyç uzunluğu 102 mm), iç çapı 100 ± 4 mm, nominal duvar kalınlığı 2 mm’dir (Şekil-1). Örnekler, tek bir towla sarılarak (kasnak sarım, ~90⁰) gerekli kalınlığa ulaştırılır.

Ölçülen Özellikler:

n = Test örneğindeki rozet sayısı (genellikle 2), T_maks. = silindire uygulanan maksimum tork, J = p/32 (OD⁴ – ID⁴), polar eylemsizlik momenti, r_maks. = OD/2, maksimum radyal mesafe, ID ve OD = ortalama iç ve dış çaplar, Dt₁₂ = iki shear stres farkı (MPa), D g¯₁₂ = iki strain farkı (nominally 0.001, 0.002, veya 0.005). Ayrıca, enlemesine hassasiyet düzeltmesi (eⁱ₁, eⁱ₂, eⁱ₃) de tayin edilebilir.

Şekil-1: Örnek ve shear fikstürü sistemi

Şekil-4: Test örneği ve strain geyç konfigürasyonu (boyutlar mm)

a.5. ASTM D7078: V – Çentikli Ray Shear Metoduyla Kompozit Malzemelerin Shear Özellikleri

Düz dikdörtgen şeklindeki bir malzeme kuponu V – çentikleri merkezi olacak konumda (Şekil-3), iki fikstür yarısına bağlanır (Şekil-4). Mekanik bir test makinesine bağlanan fikstüre yük uygulanır ve uygulanan yük bir monitörle izlenir. İki yarı fikstür arasında oluşan yer-değiştirme çentikli örnekte shear kuvvetleri yaratır.

Malzemenin shear strain responsu, örneğin orta kısmına yükleme eksenine ±45⁰ konumda yerleştirilen iki strain geyç elementle ölçülür. Deney süresince shear stres-shear strain değerleri kaydedilir (Şekil-2).

Test Örnekleri: Özel kupon düz ve dikdörtgen formdadır; simetrik ve merkezi olarak V – çentikle açılmıştır. Shear testi, Şekil-1’de tanımlanan altı malzeme shear düzleminden herhangi birinde yapılabilir.

Ölçülen Özellikler:

P^u ve P_i = ultimat yük ve i. noktadaki yük, A = kesit alanı, e₊₄₅ ve e_-45 = + 45° ve –45° ‘de normal strainler, G^kord = elastiklik shear modülü, Dt = iki strain nokta arasındaki uygulanan shear stres farkı, Dg = iki strain nokta arasındaki fark.

b. Düzlem - Dışı Shear Testleri

b.1. ASTM D2344: Polimer Matris Kompozit Malzemeler ve Laminatlarının
Kısa – Kiriş Kuvveti

Kısa-kiriş test örnekleri, Şekil-3 ve Şekil-4’de verildiği gibi merkezi olarak yüklenir. Yük, bir yükleme burnuyla doğrudan test örneğinin merkezine uygulanır.

Test Örnekleri: Düz ve eğri örnek konfigürasyonları Şekil-1 ve Şekil-2‘de gösterilmiştir. Bunlardan farklı kalınlıklar için önerilen boyutlar: örnek uzunluğu = kalınlık x 6, örnek genişliği = kalınlık x 2.0

Ölçülen Özellikler:

P_m = maksimum yül (N), b = örnek genişliği (mm), h = örnek kalınlığı (mm)

Şekil-1: Düz örnek konfigürasyonu (boyutlar mm)

Şekil-2: Eğri örnek konfigürasyonu (boyutlar mm)

b.2. ASTM D3846: Takviyeli Plastiklerin Düzlem – İçi Shear Kuvveti

Test örneğine sıkıştırma uç yükleme uygulanır; örnekte merkez hattı doğrultusunda yayılan kayma hareketi çentikler arasındaki kayma düzleminde çökmeye neden olur. Örnek oldukça incedir, yükleme altında burulmaya eğilimlidir, bu nedenle yanal destekler kullanılması gerekir. Çift-çentik testlerindeki temel problem çentiklerin kökünde önemli derecede stres konsantrasyonu oluşmasıdır.

Test örneği, çentikler arası mesafe ölçülerek Şekil-1’de görülen destek jigine yerleştirilir. Hız kontrolü ayarlanır ve makine çalıştırılır. Test sırasında örnek tarafından taşınabilen maksimum yük kaydedilir.

Test Örnekleri: Test örnekleri Şekil-1’de verilen form ve boyutlardadır. Örneklerin kenarları düzgün olmalı, yuvarlak veya eğimli olmamalıdır.

Ölçülen Özellikler:

Düzlem-içi shear kuvveti (MPa): Örnek tarafından taşınan maksimum shear yükünün, örneğin genişliği ve çökme alanının uzunluğuna bölünmesiyle bulunur.

Şekil-1: Düzlem-içi shear testi için örnek ve yükleme jigi

GERİ