Name: cutting procedures, tensile testing, and ageing of flexible unidirectional composite laminates
Uploaded: 2019-04-27T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates at JoVE.com

يود المؤلفون أن ينوه ستيوارت لي فينيكس لمناقشاته المفيدة، ومايك رايلي لمساعدته في إعداد الاختبار الميكانيكي، وهانيويل للتبرع ببعض المواد. وقُدم التمويل لإيمي إنغلبريشت - ويغانز في إطار المنحة 70NANB17H337. تم توفير التمويل لـ Ajay Krishnamurthy في إطار المنحة 70NANB15H272. تم توفير التمويل لأماندا ل. فورستر من وزارة الدفاع من خلال الاتفاق المشترك بين الوكالات R17-643-0013.

1. إجراء قطع للعينات الاعوجاج الاتجاه التي يتم قطع عمودي على محور لفة
<ol><li>تحديد الترباس من المواد أحادية الاتجاه ليتم اختبارها. ملاحظة: لا يوجد تشوه (يستخدم لوصف الاتجاه عمودي على محور لفة) ولحمة (تستخدم لوصف الاتجاه موازية لمحور لفة) بالمعنى النسيجي التقليدي، كما المواد المستخدمة هنا ل?...

<ol>
	<li>Forster, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrolytic+stability+of+polybenzobisoxazole+and+polyterephthalamide+body+armor.">Hydrolytic stability of polybenzobisoxazole and polyterephthalamide body armor.</a> Polymer Degradation and Stability. 96 (2), 247-254 (2011).</li><li>Forster, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+Soft+Armor+Conditioning+Protocols+for+{NIJ--0101.06}:+Analytical+Results.">Development of Soft Armor Conditioning Protocols for {NIJ--0101.06}: Analytical Results.</a> NISTIR 7627. , (2009).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> NIJ Standard 0101.06- Ballistic Resistance of Personal Body Armor. , (2008).</li><li>Forster, A. L., Chin, J., Peng, J. -. S., Kang, K. -. L., Rice, K., Al-Sheikhly, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long+term+stability+of+UHMWPE+fibers.">Long term stability of UHMWPE fibers.</a> Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series. 7, (2016).</li><li>Pilato, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ballistic Resistant Laminate. , (1993).</li><li>Park, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ballistic Laminate Structure in Sheet Form. , (1999).</li><li>Jacobs, M. J. N., Beugels, J. H. M., Blaauw, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Process for the manufacture of a ballistic-resistant moulded article. , (2006).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> ASTM E3110-18 Standard Test Method for Collection of Ballistic Limit Data for Ballistic-resistant Torso Body Armor and Shoot Packs. , (2018).</li><li>Russell, B. P., Karthikeyan, K., Deshpande, V. S., Fleck, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+high+strain+rate+response+of+Ultra+High+Molecular-weight+Polyethylene:+From+fibre+to+laminate.">The high strain rate response of Ultra High Molecular-weight Polyethylene: From fibre to laminate.</a> International Journal of Impact Engineering. 60, 1-9 (2013).</li><li>Czechowski, L., Jankowski, J., Kubiak, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+tests+of+a+property+of+composite+material+assigned+for+ballistic+products.">Experimental tests of a property of composite material assigned for ballistic products.</a> Fibres and Textiles in Eastern Europe. 92 (3), 61-66 (2012).</li><li>Levi-Sasson, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+determination+of+linear+and+nonlinear+mechanical+properties+of+laminated+soft+composite+material+system.">Experimental determination of linear and nonlinear mechanical properties of laminated soft composite material system.</a> Composites Part B: Engineering. 57, 96-104 (2014).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> ASTM D3039/D3039M-17 Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials. , (2017).</li><li>Hazzard, M. K., Hallett, S., Curtis, P. T., Iannucci, L., Trask, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+fibre+orientation+on+the+low+velocity+impact+response+of+thin+Dyneema&#174;composite+laminates.">Effect of fibre orientation on the low velocity impact response of thin Dyneema&#174;composite laminates.</a> International Journal of Impact Engineering. 100, 35-45 (2017).</li><li>ASTM D5034-09. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standard+Test+Method+for+Breaking+Strength+and+Elongation+of+Textile+Fabrics.">Standard Test Method for Breaking Strength and Elongation of Textile Fabrics.</a> Annual Book of ASTM Standards. , 1-8 (2017).</li><li>ASTM D5035-11. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standard+Test+Method+for+Breaking+Force+and+Elongation+of+Textile+Fabrics+(Strip+Method).">Standard Test Method for Breaking Force and Elongation of Textile Fabrics (Strip Method).</a> Annual Book of ASTM Standards. , 1-8 (2015).</li><li>ASTM D6775-13 . <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standard+Test+Method+for+Breaking+Strength+and+Elongation+of+Textile+Webbing,+Tape+and+Braided+Material.">Standard Test Method for Breaking Strength and Elongation of Textile Webbing, Tape and Braided Material.</a> Tape and Braided Material.&#8221; Annual Book of ASTM Standards. (Reapproved). , 1-8 (2017).</li><li>ASTM D3950. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standard+Specification+for+Strapping,+Nonmetallic+(and+Joining+Methods).">Standard Specification for Strapping, Nonmetallic (and Joining Methods).</a> Annual Book of ASTM Standards. , 1-7 (2017).</li><li>Weibull, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Statistical+Distribution+Function+of+Wide+applicability.">A Statistical Distribution Function of Wide applicability.</a> Journal of applied mechanics. 18 (4), 293-297 (1951).</li><li>Coleman, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Statistics+and+time+dependence+of+mechanical+breakdown+in+fibers.">Statistics and time dependence of mechanical breakdown in fibers.</a> Journal of Applied Physics. 29 (6), 968-983 (1958).</li><li>Coleman, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time+dependence+of+mechanical+breakdown+phenomena.">Time dependence of mechanical breakdown phenomena.</a> Journal of Applied Physics. 27 (8), 862-866 (1956).</li><li>Coleman, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time+Dependence+of+Mechanical+Breakdown+in+Bundles+of+Fibers.+III.+The+Power+Law+Breakdown+Rule.">Time Dependence of Mechanical Breakdown in Bundles of Fibers. III. The Power Law Breakdown Rule.</a> Journal of Rheology. 2 (1), 195 (1958).</li><li>Coleman, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+the+theory+of+absolute+reaction+rates+to+the+creep+failure+of+polymeric+filaments.">Application of the theory of absolute reaction rates to the creep failure of polymeric filaments.</a> Journal of Polymer Sciences. 20, 447-455 (1956).</li><li>Coleman, B. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+stochastic+process+model+for+mechanical+breakdown.">A stochastic process model for mechanical breakdown.</a> Transaction of the Society of Rheology. 1 (1957), 153-168 (1957).</li><li>Phoenix, S. L., Beyerlein, I. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Statistical+Strength+Theory+for+Fibrous+Composite+Materials.">Statistical Strength Theory for Fibrous Composite Materials.</a> Comprehensive Composite Materials. , 559-639 (2000).</li><li>Newman, W. I., Phoenix, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-dependent+fiber+bundles+with+local+load+sharing.">Time-dependent fiber bundles with local load sharing.</a> Physical Review E - Statistical Physics, Plasmas, Fluids, and Related Interdisciplinary Topics. 63 (2), 20 (2001).</li><li>Phoenix, S. L., Newman, W. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-dependent+fiber+bundles+with+local+load+sharing.+II.+General+Weibull+fibers.">Time-dependent fiber bundles with local load sharing. II. General Weibull fibers.</a> Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics. 80 (6), 1-14 (2009).</li></ol>

التحديد السليم لاتجاه الألياف أمر بالغ الأهمية. ميزة الأسلوب الموضح في الخطوات 1.4-1.6 من البروتوكول هو أن هناك سيطرة كاملة على عدد الألياف المستخدمة لبدء عملية الفصل. ومع ذلك، هذا لا يعني أن هناك سيطرة كاملة على عرض المنطقة المنفصلة النهائية، كما الألياف ليست موازية تماما ويمكن أن تعبر على ?...

يساعد المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا وكالات إنفاذ القانون والعدالة الجنائية على ضمان أن تكون المعدات التي تشتريها والتكنولوجيات التي تستخدمها آمنة ويمكن الاعتماد عليها وفعالة للغاية، من خلال برنامج بحثي معالجة الاستقرار على المدى الطويل من الألياف عالية القوة المستخدمة في درع الجسم. وقد ركز العمل السابق1،2على فشل ميداني من درع الجسم مصنوعة من مادة بولي (ف-فينيلين-2، 6-benzobisoxazole)، أو PBO، مما أدى إلى مراجعة رئيسية للمعهد الوطني للعدالة (NIJ) هيئة درع القياسية 3. منذ صدور هذا المعيار المنقح، استمر العمل في NIST لدراسة آليات الشيخوخة في الألياف الأخرى شائعة الاستخدام مثل البولي ايثيلين فائقة المولية الشامل (UHMMPE)4 وبولي (ف-فينيلين تيريفثالاميد)، أو PPTA، المعروف باسم الأراميد. ومع ذلك، ركزت كل هذا العمل على شيخوخة خيوط وألياف واحدة، والتي هي الأكثر صلة للأقمشة المنسوجة. ومع ذلك، العديد من تصاميم درع الجسم تتضمن صفح UD. يتم بناء رقائق UD من طبقات الألياف رقيقة (<0.05 مم) حيثالألياف في كل طبقة موازية لبعضها البعض 5،6،7 ويتم بناء الدرع عن طريق التراص صفائح رقيقة في الاتجاهات بالتناوب، كما هو موضح في الشكل التكميلي 1a. يعتمد هذا التصميم بشكل كبير على الراتنج الموثق لعقد الألياف في كل طبقة موازية عموما، كما رأينا في الشكل التكميلي 1b،والحفاظ على اتجاه اسميا 0 درجة / 90 درجة من الأقمشة مكدسة. مثل الأقمشة المنسوجة، وعادة ما يتم بناء رقائق UD من اثنين من الاختلافات الألياف الرئيسية: الأراميد أو UHMMPE. توفر شرائح UD العديد من المزايا لمصممي الدروع الجسم: أنها تسمح لنظام درع أقل وزنا بالمقارنة مع تلك التي تستخدم الأقمشة المنسوجة (بسبب فقدان القوة أثناء النسيج)، والقضاء على الحاجة إلى البناء المنسوجة، واستخدام الألياف قطرها أصغر لتوفير أداء مماثل للأقمشة المنسوجة ولكن في وزن أقل. وقد ثبت سابقا PPTA أن تكون مقاومة للتدهور الناجم عن درجة الحرارة والرطوبة1،2، ولكن الموثق قد تلعب دورا هاما في أداء صفح UD. وهكذا، فإن الآثار الإجمالية للبيئة استخدام على الدروع المستندة إلى PPTA غير معروفة8.
وحتى الآن، لم يتم القيام إلا بعمل أولي جداً لتوصيف شيخوخة راتنجات الموثق المستخدمة في هذه الرقائق UD وآثار الشيخوخة الموثق على الأداء الباليستي لصفح UD. على سبيل المثال، أثناء تطوير بروتوكول تكييف المستخدمة في NIJ Standard-0101.06، أظهرت شرائح UD علامات بصرية للتلاف والتخفيضات في V50 بعد الشيخوخة1،2،8. وتبين هذه النتائج الحاجة إلى فهم شامل للخصائص المادية مع الشيخوخة، من أجل تقييم الأداء الهيكلي الطويل الأجل للمواد. وهذا بدوره يتطلب وضع أساليب موحدة لاستجواب خصائص فشل هذه المواد. وتتمثل الأهداف الرئيسية لهذا العمل في استكشاف الأساليب وأفضل الممارسات لاختبار الخصائص الميكانيكية للمواد الخشبية UD بدقة واقتراح منهجية اختبار جديدة لهذه المواد. ويرد في هذا العمل أيضا ً وصف لأفضل الممارسات المتعلقة بالمواد الخشبية UD الشيخوخة.
يحتوي الأدب على عدة أمثلة لاختبار الخصائص الميكانيكية لشرائح UD بعد الضغط الساخن على طبقات متعددة في عينة الثابت9،10،11. لرقائق مركب جامدة، ASTM D303912 يمكن استخدامها؛ ومع ذلك، في هذه الدراسة، والمواد هي ما يقرب من 0.1 ملم سميكة وغير جامدة. وتستخدم بعض المواد الخشبية UD كسلائف لصنع مواد واقية من المقذوفات جامدة مثل الخوذات أو لوحات مقاومة للقذائف التسيارية. ومع ذلك، يمكن أيضا أن تستخدم رقيقةومرنة صفح UD لجعل درع الجسم 9،13.
الهدف من هذا العمل هو تطوير أساليب لاستكشاف أداء المواد في درع الجسم لينة، لذلك لم يتم استكشاف الأساليب التي تنطوي على الضغط الساخن لأنها لا تمثل الطريقة التي تستخدم المواد في درع الجسم لينة. ASTM الدولية لديها العديد من معايير طريقة الاختبار المتعلقة شرائط الاختبار من النسيج، بما في ذلك ASTM D5034-0914 طريقة الاختبار القياسية لكسر القوة واستطالة الأقمشة النسيجية (اختبار انتزاع)، ASTM D5035-1115 اختبار قياسي طريقة لكسر القوة واستطالة الأقمشة النسيجية (طريقة قطاع)، ASTM D6775-1316 طريقة الاختبار القياسية لكسر القوة واستطالة النسيج حزام، الشريط والمواد مضفر، وASTM D395017 المواصفات القياسية للمواصفات القياسية ل الربط، غير المعدنية (وطرق الانضمام). هذه المعايير لديها العديد من الاختلافات الرئيسية من حيث قبضة الاختبار المستخدمة وحجم العينة، كما هو مذكور أدناه.
الطرق الموصوفة في ASTM D5034-0914 وASTM D5035-1115 متشابهة جدا وتركز على اختبار الأقمشة القياسية بدلا من المواد المركبة عالية القوة. بالنسبة للاختبارات في هذين المعيارين، تكون وجوه الفك من القبضات ناعمة ومسطحة، على الرغم من أنه يسمح بإجراء تعديلات على العينات التي يزيد فيها ضغط الفشل عن 100 N/cm لتقليل دور الفشل القائم على الانزلاق. التعديلات المقترحة لمنع الانزلاق هي لسادة الفكين، ومعطف النسيج تحت الفكين، وتعديل وجه الفك. في حالة هذه الدراسة، والإجهاد فشل العينة هو ما يقرب من 1000 N / سم، وبالتالي، فإن هذا النمط من القبضات يؤدي إلى انزلاق عينة مفرطة. ASTM D6775-1316 وASTM D395017 تهدف إلى مواد أقوى بكثير، وكلاهما يعتمد على قبضة كابستان. وهكذا، ركزت هذه الدراسة على استخدام قبضة كابستان.
وعلاوة على ذلك، فإن حجم العينة يختلف اختلافا كبيرا بين هذه المعايير الأربعة ASTM. معايير حزام والربط، ASTM D6775-1316 وASTM D395017،حدد لاختبار العرض الكامل للمواد. ASTM D677516 يحدد أقصى عرض من 90 ملم. وعلى النقيض من ذلك، فإن معايير النسيج14،15 تتوقع أن يتم قطع العينة widthwise وتحديد إما عرض 25 ملم أو 50 ملم. يتراوح الطول الإجمالي للعينة بين 40 سم و 305 سم، ويتراوح طول المقياس بين 75 مم و250 مم عبر معايير ASTM هذه. وبما أن معايير ASTM تختلف اختلافا ً كبيراً فيما يتعلق بحجم العينة، فقد تم النظر في ثلاثة عروض مختلفة وثلاثة أطوال مختلفة لهذه الدراسة.
المصطلحات التي تشير إلى إعداد العينة في البروتوكول هي كما يلي: الترباس > المواد السليفة > المواد > عينة، حيث يشير مصطلح الترباس إلى لفة من صفح UD، المواد السلائف يشير إلى كمية غير مجروحة من النسيج UD لا تزال تعلق إلى الترباس، والمواد يشير إلى قطعة منفصلة من صفح UD، وعينة يشير إلى قطعة فردية لاختبارها.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:865px;" width="866">
	<tbody>
		<tr height="65">
			<td height="65" style="height:66px;width:247px;">Capstan Grips</td>
			<td style="width:95px;">Universal grip company</td>
			<td style="width:136px;">20kN wrap grips</td>
			<td style="width:388px;">Capstan grips used in testing</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:247px;">Ceramic knife</td>
			<td style="width:95px;">Slice</td>
			<td align="right" style="width:136px;">10558</td>
			<td style="width:388px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:247px;">Ceramic precision blade</td>
			<td style="width:95px;">Slice</td>
			<td style="width:136px;">00116</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="45">
			<td height="45" style="height:45px;width:247px;">Clamp</td>
			<td style="width:95px;">Irwin</td>
			<td style="width:136px;">quick grip mini bar clamp</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Confocal Microscope</td>
			<td style="width:95px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:247px;">Cutting Mat</td>
			<td style="width:95px;">Rotatrim&#160;</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:388px;">A0 metric self healing cutting mat</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Denton Desktop sputter coater&#160;</td>
			<td style="width:95px;"></td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>sputter coater</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">FEI Helios 660 Dual Beam FIB/SEM</td>
			<td style="width:95px;">FEI Helios</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td>Scanning electron microscope</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:247px;">Motorized rotary cutter</td>
			<td style="width:95px;">Chickadee</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:247px;">Rotary Cutter</td>
			<td style="width:95px;">Fiskars</td>
			<td style="width:136px;">49255A84</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Stereo Microscope</td>
			<td style="width:95px;">National</td>
			<td style="width:136px;">DC4-456H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="45">
			<td height="45" style="height:45px;width:247px;">Straight edge</td>
			<td style="width:95px;">McMaster Carr</td>
			<td style="width:136px;">1935A74</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="45">
			<td height="45" style="height:45px;width:247px;">Surgical Scalpel Blade</td>
			<td style="width:95px;">Sklar Instruments</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td style="width:388px;"></td>
		</tr>
		<tr height="45">
			<td height="45" style="height:45px;width:247px;">Surgical Scalpel Handle</td>
			<td style="width:95px;">Swann Morton</td>
			<td style="width:136px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:247px;">Universal Test Machine</td>
			<td style="width:95px;">Instron</td>
			<td align="right" style="width:136px;">4482</td>
			<td>Universal test machine</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:247px;">Utility knife</td>
			<td style="width:95px;">Stanley</td>
			<td style="width:136px;">99E</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

cutting procedures, tensile testing, and ageing of flexible unidirectional composite laminates

العديد من تصاميم درع الجسم تتضمن صفح أحادي الاتجاه (UD). يتم بناء رقائق UD من طبقات رقيقة (<0.05 مم) من خيوط عالية الأداء، حيث يتم توجيه خيوط في كل طبقة موازية لبعضها البعض وتعقد في مكان باستخدام الراتنجات الموثق وأفلام البوليمر رقيقة. يتم بناء الدرع عن طريق تكديس الطبقات أحادية الاتجاه في اتجاهات مختلفة. وحتى الآن، لم يُنجز سوى عمل أولي جداً لتوصيف شيخوخة راتنجات الموثق المستخدمة في الرقائق أحادية الاتجاه والآثار على أدائها. على سبيل المثال، أثناء تطوير بروتوكول تكييف المستخدمة في المعهد الوطني للعدالة القياسية-0101.06، وأظهرت شرائح UD علامات بصرية من delamination والتخفيضات في V50، وهي السرعة التي نصف القذائف ومن المتوقع أن ثقب الدرع ، بعد الشيخوخة. ومن الضروري فهم أفضل للتغييرات في الخصائص المادية في صفح UD لفهم الأداء على المدى الطويل من الدروع التي شيدت من هذه المواد. لا توجد معايير حالية موصى بها للإستجواب الميكانيكي للمواد الخشبية أحادية الاتجاه (UD). تستكشف هذه الدراسة الأساليب وأفضل الممارسات لاختبار الخصائص الميكانيكية لهذه المواد بدقة وتقترح منهجية اختبار جديدة لهذه المواد. ويرد أيضا وصف لأفضل الممارسات المتعلقة بالشيخوخة في هذه المواد.

تم إجراء العديد من التكرارات من القطع والاختبار للتحقيق في عدة متغيرات مختلفة. وتشمل بعض المتغيرات التي تم فحصها تقنية القطع وأداة القطع، ومعدل الاختبار، والبعد العينة، والقبضات. وكانت إحدى النتائج الحاسمة هي أهمية مواءمة العينات مع اتجاه الألياف. وترد أدناه مناقشة لإج...

Watch this Scientific Journal Video about Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates at JoVE.com

Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates

وكان الهدف من الدراسة وضع بروتوكولات لإعداد عينات متسقة لاختبار ميكانيكي دقيق من الأراميد عالية القوة أو فائقة المولير كتلة البولي إثيلين مرنة أحادية الاتجاه المواد الخشبية المركبة بروتوكولات لأداء الشيخوخة الاصطناعية على هذه المواد.

إجراءات القطع، اختبار الشد، وشيخوخة الرقائق المركبة أحادية الاتجاه المرنة

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, ...

يمكن أن يساعد هذا البروتوكول في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال تطوير درع الجسم من خلال تحديد إجراء قابل للتكرار لاختبار الخصائص الميكانيكية للأقمشة المركبة المرنة أحادي الاتجاه. مستقيم، وقطع نظيفة موجهة جيدا مع اتجاه الألياف أمر بالغ الأهمية لقياس دقيق للإجهاد الفشل من خلال منع مصادر إضافية للخطأ. هذه التقنية يسد فجوة في الاختبار الحالي من خلال السماح بالاستجواب من خصائص المواد دون الضغط الساخنة، والتي هي أكثر تمثيلا لاستخدامها في درع الجسم الناعمة.إلغاء تثبيت من مادة أحادية الاتجاه ليتم اختبارها على سطح العمل. الجزء غير المُفكّر هو المادة السليفة. بصريا التحقق من أن اتجاه الألياف المبدأ يوازي عرض الترباس.بعد ذلك، الحصول على مشرط لعزل المواد السلائف. إنشاء علامة تبويب عن طريق جعل خفض موازية لاتجاه الألياف. ثم جعل آخر قطع موازية حوالي ثلاثة ملليمترات بعيدا.فهم يدويا علامة التبويب وتمزيقه بعيدا لفضح الألياف على الطبقة تحتها. سحب حتى تم فصل طبقتين عبر طول كامل من المواد السلائف. إزالة أي ألياف فضفاضة من حافة علامة التبويب التي جارة الألياف الصليب المكشوفة.قد تكون هذه تصل إلى 1 إلى 2 ملليمتر بعيداً عن مسار الجدولة. الاستمرار عن طريق فصل قطعة من المواد السلائف من الترباس. تسليم المواد حتى اتجاه الألياف المبدأ الجديد هو اتجاه التزييف.الآن، ضع علامة على خطوط قبضة على المواد الانحياز في اتجاه weft. هذه الخطوط هي مجموعة المسافة من موازية لحافات قطع من المواد. مرة أخرى، وقطع علامة تبويب في المواد، ثم سحب علامة التبويب لتحديد اتجاه الألياف المبدأ للعينة أن تقطع من المواد.يجب أن يكون اتجاه الألياف عموديًا على خطوط القبضة. تأخذ المواد إلى النفس المناسبة الشفاء grid حصيرة قطع. محاذاة بعناية اتجاه الألياف مع خطوط الشبكة على حصيرة.تأكد من محاذاة اتجاه الألياف في المادة مع خطوط الشبكة. تجنب إتلاف المواد وتأمينه إلى حصيرة القطع عن طريق تسجيل زواياها. استخدام شفرة الطبية وحافة مستقيمة لقطع العينات من المواد.ضع الحافة المستقيمة في عرض العينة المطلوبة ومحاذاتها مع الشبكة على حصيرة القطع. المشبك نهايات الحافة المستقيمة في مكانها والتحقق من أنه لا يزال في وضعها الصحيح. قطع العينة على طول الحافة المستقيمة مع سرعة ثابتة والضغط.فك الحافة المستقيمة، مع الحرص على عدم تحريك المواد. ثم، إزالة العينة. هذه هي كل من العينات التي تم الحصول عليها بعد تكرار خطوات القطع لتعظيم إنتاج العينة.الاستعداد لوضع علامة على نقاط لتتبع على عينة للاستخدام مع مقياس الصوت الفيديو. للاتساق، استخدم قالب يوضع فوق العينة. وضع علامة على نقاط القياس بعلامة دائمة.تأكد من علامات مرئية على العينة للسماح بقياس سلالة. بعد ذلك، خذ العينة إلى آلة الاختبار العالمية. هناك، إدراج نهاية العينة من خلال الفجوة في كابستان وتقديمه حول إلى خط قبضة، وتشكيل حلقة.مركز العينة على قبضة كابستان. مع الحفاظ على العينة تركزت، بدوره capstan إلى الموضع المطلوب. استخدام جهاز الشد لعقد العينة في مكان قبل قفل كابستان في مكان.استكمال تركيب العينة من خلال تكرار نفس الخطوات مع الطرف الآخر. عند الانتهاء من ذلك، تطبيق تحميل مسبق صغير من اثنين من نيوتن وتسجيل طول القياس الفعلي. الآن اقامة أداة لإجراء اختبار الشد في ثابت 10 ملليمترات في الدقيقة الواحدة وبدء الاختبار.بالنسبة للاختبار، تطبق آلة الاختبار معدلاً ثابتاً من التمديد للعينة بينما يتم تسجيل الحمل والتشريد. يستمر الاختبار حتى يحدث فاصل في العينة. هذه المؤامرة هو الحمل نموذجي مقابل منحنى الإزاحة لهذه التجارب.عند مراقبة العرض، يشير تخفيض 90٪ في الحمل الملاحظ إلى حدوث انقطاع في العينة. سجل أقصى ضغط وإجهاد الفشل المقابل. بعد وضع خطة للدراسة، قم بقطع المواد اللازمة لكل حالة ليتم اختبارها.يجب أن تكون الشرائط واسعة بما يكفي لتسفر عن العينات المطلوبة ولها 10 ملليمترات إضافية أو أكثر. ضع الشرائط للتعرض البيئي في صينية. في الغرفة البيئية، تعيين برنامجها لظروف درجة حرارة الغرفة الجافة والسماح لها لتحقيق الاستقرار.بمجرد استقرار الغرفة ، ضع صينية العينة في الداخل بعيدًا عن الجدران أو أي نقاط للتكثيف. البرنامج التالي للغرفة للوصول إلى درجة الحرارة المستهدفة للدراسة البيئية. عندما تكون درجة الحرارة مستقرة، برمج الغرفة للوصول إلى الرطوبة المستهدفة.عندما حان الوقت لاستخراج المواد القديمة، وبرمجة الغرفة لتقليل الرطوبة النسبية إلى ما يقرب من أن من المختبر. بعد استقرار الرطوبة، برنامج درجة الحرارة إلى انخفاض درجة حرارة الغرفة، أو حوالي 25 درجة مئوية. لاسترداد المواد، أن تكون مستعدة مع حاوية المسمى بشكل مناسب.مع الرطوبة ودرجة الحرارة مستقرة، وفتح الغرفة، وإزالة المواد المطلوبة، ووضعها في حاوية المسمى. إعادة أي مادة متبقية إلى الغرفة البيئية وإعادة تأسيس الشروط المختارة. المقبل، واتخاذ المواد القديمة لإنشاء العينات الذين تتراوح أعمارهم بين.يتم محاذاة هذه المواد القديمة على سطح قطع الشفاء الذاتي. وقد تم وضع علامات على خطوط قبضتها كما كان من قبل. اقامة حافة مستقيمة لإزالة خمسة ملليمترات من جانب واحد من العينة.تقليم هذا المبلغ لإزالة أي ضرر من التعامل أثناء عملية الشيخوخة. الاستمرار في إنشاء العينات بنفس الطريقة كمادة غير مُغَرَّغة. عندما يتم ذلك، والعينات جاهزة للاستخدام في تجارب اختبار الشد.بالنسبة لاختبارات التحميل التي يتم إجراؤها باستخدام غطاء ثابت، تظهر الحمولة مقابل مخططات التمديد للعديد من العينات أن العينات انزلقت. وهذا يعكس صعوبة تأمين المواد. على النقيض من ذلك، مع كابستان الدورية المنحنيات على نحو سلس ومتسقة.المادة هي عالية جدا الجزيئية البولي إيثيلين صفح أحادي الاتجاه الشامل. يتم رسم هذا توزيع الإجهاد الفشل باستخدام مقياس Weibull. البيانات هي لعينات صفح PPTA أحادي الاتجاه التي طول مقياس 300 ملليمتر وعرض 30 ملليمتر قطع على طول اتجاه الارتجاج مع حمولة 10 ملليمترات في الدقيقة.هناك قوة منخفضة المتطرفة التي ينبغي التحقيق فيها. للمقارنة، يتم رسم نفس البيانات إلا مع استبعاد خارج. لاحظ التغيير في المحور الأفقي.بعد هذا الإجراء، يمكن استخدام التحليل الطيفي الجزيئي للإجابة على الأسئلة حول التغيرات الكيميائية في المواد بسبب التعرض للحرارة والرطوبة. يرجى تذكر أن مشرط الطبية حادة للغاية ويجب اتخاذ الرعاية المناسبة لتجنب الإصابة.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Mechanical Engineering

Engineering

Unit 1

Shearing Stresses in Beams and Thin-Walled Members

SCIENTISTS IN ACTION

Ultrasonic Welding of Thermoplastic Composite Coupons for Mechanical Characterization of Welded Joints through Single Lap Shear Testing

بالموجات فوق الصوتية لحام كوبونات الحراري المركب لتوصيف الميكانيكية للحام المفاصل من خلال لفة واحدة القص اختبار

This paper presents a novel straightforward method for ultrasonic welding of thermoplastic-composite coupons in optimum processing conditions. The ...

Testing of Nanoparticle Release from a Composite Containing Nanomaterial Using a Chamber System

اختبار الجسيمات النانوية بيان من المجمع يحتوي على المواد متناهية الصغر باستخدام نظام الغرفة

With the rapid development of nanotechnology as one of the most important technologies in the 21st century, interest in the safety of consumer products ...

Wicking Tests for Unidirectional Fabrics: Measurements of Capillary Parameters to Evaluate Capillary Pressure in Liquid Composite Molding Processes

فتل اختبارات أحادي الاتجاه الأقمشة: قياسات شعرية معلمات لتقييم الضغط شعري في العمليات السائل المركب صب

During impregnation of a fibrous reinforcement in liquid composite molding (LCM) processes, capillary effects have to be understood in order to identify ...

Magnet Assisted Composite Manufacturing: A Flexible New Technique for Achieving High Consolidation Pressure in Vacuum Bag/Lay-Up Processes

ساعد المغناطيس تصنيع مركب: مرونة تقنية جديدة لتحقيق توحيد ارتفاع الضغط في العمليات فراغ كيس/ﻷي متابعة

This work demonstrates a protocol to improve the quality of composite laminates fabricated by wet lay-up vacuum bag processes using the recently developed ...

Artificial Thermal Ageing of Polyester Reinforced and Polyvinyl Chloride Coated Technical Fabric

الشيخوخة الحرارية الاصطناعية من البوليستر المقوى والبولي فينيل كلوريد النسيج التقني المغلفة

Architectural fabric AF9032 has been subjected to artificial thermal ageing to determine changes of the material parameters of the fabric. The proposed ...

Calibration Procedures for Orthogonal Superposition Rheology

إجراءات المعايرة لريولوجيا التراكب المتعامد

Orthogonal superposition (OSP) rheology is an advanced rheological technique that involves superimposing a small-amplitude oscillatory shear deformation ...

Performing Microscope-Mounted Y-Shaped Cutting Tests

إجراء اختبارات القطع على شكل حرف Y المثبتة على المجهر

Y-shaped cutting has recently been shown to be a promising method by which to understand the threshold length scale and failure energy of a material, as ...

Fabrication and Mechanical Property Assessment of Fiber Composite Laminates

Measuring the Mechanical Properties of Glass Fiber Reinforcement Polymer Composite Laminates Obtained by Different Fabrication Processes

Enhancing Fiber Composite Laminate Quality with the Wet Hand Lay-Up/Vacuum Bag Process (Video) | JoVE

قياس الخواص الميكانيكية لشرائح البوليمر المركبة من الألياف الزجاجية التي تم الحصول عليها من خلال عمليات التصنيع المختلفة

The traditional wet hand lay-up process (WL) has been widely applied in the manufacturing of fiber composite laminates. However, due insufficiency in the ...

Fabrication of Flexible Substrate for SERS Detection of R6G and Thiram

Fabrication of polydimethylsiloxane (PDMS)-Based Flexible Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS) Substrate for Ultrasensitive Detection

Development and Application of SERS Flexible Substrates Using Synthesized AgNPs (Video) | JoVE

تصنيع ركيزة تشتت رامان المرنة المعززة بالسطح (SERS) القائمة على البولي ديميثيل سيلوكسان (PDMS) للكشف عن الحساسية الفائقة

This article presents a fabrication method for a flexible substrate designed for Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS). Silver nanoparticles (AgNPs) ...