ASTM D2344: Teste de Resistência de Viga Curta para Compósitos de Matriz Polimérica
O Que É a ASTM D2344?
A ASTM D2344 é o método de teste padrão para determinar a resistência de viga curta de materiais compósitos de matriz polimérica com reforço de fibra contínua ou descontínua. Aplica-se a compósitos cujas propriedades elásticas são equilibradas e simétricas em relação ao eixo longitudinal do corpo de prova em forma de viga.
O teste carrega um corpo de prova de viga curta em uma configuração de flexão de 3 pontos. Como o corpo de prova é curto em relação à sua espessura, o carregamento é projetado para promover falha por cisalhamento interlaminar em vez de falha por flexão típica. Espessuras de corpos de prova entre 2 mm e 6 mm são permitidas, e a relação entre o comprimento do vão de carregamento e a espessura do corpo de prova deve ser mantida em 4,0 para induzir de forma confiável este modo de falha por cisalhamento.
Por Que a ASTM D2344 É Usada?
Os fabricantes de materiais compósitos usam a ASTM D2344 principalmente como uma ferramenta de controle de qualidade e especificação de processo. É uma maneira rápida e de baixo custo para:
- Verificar se um laminado compósito foi curado adequadamente
- Detectar defeitos de fabricação, como vazios ou delaminação
- Monitorar a consistência de empilhamentos de camadas e outras técnicas de fabricação
Como o teste é rápido de executar e requer corpos de prova relativamente simples, é amplamente adotado como um método de triagem de rotina em vez de um método para gerar dados de projeto admissíveis.
Quem Usa a ASTM D2344?
Este método é usado por:
- Fabricantes de materiais compósitos realizando verificações de qualidade de material de entrada ou em processo
- Engenheiros de processo validando ciclos de cura e consistência de empilhamento
- Laboratórios de teste de materiais apoiando programas de compósitos aeroespaciais, automotivos, marítimos e industriais compósitos
Medições e Resultados Principais
A ASTM D2344 produz um único resultado calculado: a resistência aparente ao cisalhamento interlaminar (ILSS), mais comumente referida como resistência de viga curta (SBS).
A resistência aparente ao cisalhamento interlaminar é calculada usando a seguinte fórmula:
Onde:
- Fsbs = resistência aparente ao cisalhamento interlaminar (resistência de viga curta)
- Pm = carga máxima observada durante o teste
- b = largura medida do corpo de prova
- h = espessura medida do corpo de prova
Além deste valor calculado, a ASTM D2344 exige que os usuários identifiquem e relatem o modo de falha observado em cada corpo de prova testado. A norma fornece orientação sobre modos de falha comuns na Figura 7 do método de teste, e identificar corretamente o modo de falha é essencial — um modo de falha não interlaminar por cisalhamento pode invalidar o valor de resistência calculado como uma medida verdadeira da resistência ao cisalhamento interlaminar.
ASTM D2344 vs. ISO 14130: Como Elas Se Comparam?
Engenheiros e laboratórios que trabalham internacionalmente frequentemente precisam saber como a ASTM D2344 se relaciona com a ISO 14130, a norma internacional comparável. Ambos os métodos medem a resistência aparente ao cisalhamento interlaminar de compósitos plásticos reforçados com fibra usando uma configuração de carregamento de flexão de 3 pontos de viga curta — mas há diferenças significativas no escopo e na geometria do dispositivo.
| Atributo | ASTM D2344 | ISO 14130 |
|---|---|---|
| Requisito de simetria do corpo de prova | Aplica-se especificamente a laminados equilibrados e simétricos | Não exclui corpos de prova não equilibrados/não simétricos, mas observa efeitos potenciais nos resultados |
| Geometria do corpo de prova | Abrange corpos de prova planos e curvos | Apenas corpos de prova planos e retangulares |
| Diâmetro do elemento de carregamento | 6 mm | 10 mm |
| Diâmetro do suporte | 3 mm | 4 mm |
| Dureza do elemento de carregamento/suporte | Especificada: 60–62 HRC | Não especificada |
| Relação vão-espessura do corpo de prova | 4:1 | 5:1 |
Qual Norma Você Deve Usar?
- Escolha a ASTM D2344 se você estiver trabalhando dentro de uma cadeia de suprimentos americana/aeroespacial, precisar testar corpos de prova curvos (como seções de tubos ou estruturas cilíndricas) além de planos, ou precisar de rastreabilidade para dispositivos de carregamento com dureza especificada.
- Escolha a ISO 14130 se seu programa seguir especificações europeias/internacionais, ou se seu cliente ou norma reguladora solicitar especificamente dados de teste ISO.
Como as duas normas usam geometrias de dispositivo e relações de vão diferentes, os resultados da ASTM D2344 e da ISO 14130 não são diretamente intercambiáveis — comparar valores de resistência de viga curta entre as duas normas sem levar em conta essas diferenças pode resultar em conclusões enganosas.
Requisitos do Corpo de Prova
Dimensões do Corpo de Prova
- Espessura mínima do corpo de prova: 2 mm
- Comprimento do corpo de prova: 6 × espessura do corpo de prova
- Largura do corpo de prova: 2 × espessura do corpo de prova
Estas devem ser consideradas como dimensões recomendadas, mas outras dimensões são permitidas desde que essas relações governantes sejam mantidas.
Preparação do corpo de prova
A ASTM D2344 faz referência à ASTM D5687/D5687M como o guia para preparação de corpos de prova e recomenda seguir suas práticas sempre que prático, incluindo orientação sobre usinagem, acabamento de bordas e evitar danos ao corpo de prova durante a preparação.
Medição de amostras
A medição precisa do corpo de prova é crítica para um cálculo válido da resistência de viga curta:
- Espessura e largura: Medir usando um micrômetro com uma interface de esfera de diâmetro nominal de 4–7 mm, ou uma bigorna plana. Uma interface de esfera é recomendada para corpos de prova sem superfícies lisas.
- Comprimento: Medir usando um micrômetro ou paquímetro com uma interface de bigorna plana.
Equipamento de Teste Recomendado para ASTM D2344
Como a precisão do vão e a geometria de carregamento estão diretamente ligadas à indução do modo de falha correto, a seleção de equipamento e a precisão do dispositivo são significativamente importantes para resultados ASTM D2344 confiáveis e repetíveis. Abaixo está uma configuração de equipamento recomendada.
Sistema de teste
Uma máquina de teste universal da Série 6800 com capacidade de 10 kN é frequentemente suficiente para testes ASTM D2344, dadas as cargas relativamente baixas envolvidas em testes de viga curta.
No entanto, laboratórios de compósitos frequentemente também realizam testes de tração e compressão, que normalmente requerem capacidades de força mais altas — comumente na faixa de 100 kN ou 300 kN, dependendo do material e da aplicação. Nesses casos, uma estrutura de maior capacidade também pode ser usada para testes ASTM D2344, permitindo que um laboratório padronize em uma única estrutura para múltiplos métodos de teste de compósitos.
Célula de carga
Uma célula de carga com uma faixa de medição de 1:1000 vale a pena priorizar, já que as forças da ASTM D2344 são relativamente baixas em comparação com outros testes de cupom compósito como tração e compressão. Quando emparelhadas com um sistema de teste da Série 6800, as células de carga da Série 2580 da Instron oferecem precisão de 0,5 % da leitura até 1/1000 da capacidade da célula de carga. Isso significa que laboratórios que executam células de carga de maior capacidade (como 100 ou 300 kN) para outros testes de compósitos normalmente podem usar essa mesma célula de carga para testes ASTM D2344, sem precisar trocar ou adicionar uma célula de carga separada de menor capacidade.
Dispositivo de Teste
Um dispositivo de flexão para resistência à flexão e ao cisalhamento interlaminar é necessário para aplicar a configuração de carregamento especificada pela norma (número de catálogo: CP110860). Este dispositivo é emparelhado com um conjunto de bigornas correspondente à versão da norma sendo seguida:
- Um conjunto de bigornas para a norma ASTM D2344 (número de catálogo: CP107574), ou
- Um conjunto de bigornas para a versão métrica, ASTM D2344M (número de catálogo: CP106695)
Um conjunto de vão de precisão é fortemente recomendado para ajustar os vãos de suporte com precisão, já que a falha por cisalhamento interlaminar é altamente sensível à relação vão-espessura correta. A versão da Instron (número de catálogo: CP108199) inclui dois micrômetros que permitem que os vãos sejam ajustados com uma precisão de 0,01 mm.
Hardware de Suporte
- O dispositivo de flexão de viga curta da Instron requer uma placa de compressão de pelo menos 100 mm de diâmetro abaixo dele. Uma placa de 150 mm de diâmetro (número de catálogo: 2501-163) é uma opção adequada.
- A bigorna superior se conecta por meio de uma conexão Tipo Dm, permitindo acoplamento direto em uma conexão de célula de carga Tipo Df sem adaptadores adicionais.
- Batentes de corpo de prova estão incluídos com os conjuntos de bigornas, simplificando a configuração para laboratórios que estão começando com o método.
Dicas para Testes ASTM D2344 Confiáveis
- Use batentes de corpo de prova no dispositivo de flexão para centralizar facilmente e consistentemente o corpo de prova entre as bigornas de suporte. Pequenos erros de posicionamento podem afetar a precisão do vão e o modo de falha.
- Para laboratórios que exigem controle de vão mais rigoroso, o dispositivo CP110860 suporta a montagem dos micrômetros CP108199 diretamente nas bigornas inferiores ILSS, permitindo que o vão seja ajustado com precisão dentro de uma tolerância de 0,01 mm em relação à bigorna superior.
Uma Observação Sobre Este Guia
Esta página é destinada como um guia informativo geral para a ASTM D2344 e não substitui o método de teste completo. A preparação, teste e relatório de corpos de prova devem sempre seguir a versão completa e atual da norma. A norma oficial pode ser adquirida diretamente da ASTM: ASTM D2344/D2344M.
Perguntas Frequentes (FAQs)
A resistência de viga curta (resistência aparente ao cisalhamento interlaminar) é calculada como:
onde Pm é a carga máxima observada, b é a largura do corpo de prova e h é a espessura do corpo de prova.
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Sobre o Autor
Stephan Botzki
Stephan Botzki é Engenheiro de Aplicações Sênior na Instron, onde trabalha com clientes para identificar a configuração de teste ideal para atender aos requisitos de aplicação para testes mecânicos de materiais compósitos. Ele é especializado em testes estáticos de alta força de compósitos e outros materiais avançados, e é um membro-chave do Comitê ASTM D30 sobre Materiais Compósitos. Seu trabalho conecta normas rigorosas com aplicações do mundo real em testes de materiais.
Recursos
- Folha de Dados do Dispositivo de Teste de Resistência à Flexão e ao Cisalhamento Interlaminar
- Dispositivos de Teste de Compósitos
- Reduzindo a variabilidade em testes de compósitos - Livro branco
- Saiba Mais Sobre as Soluções de Teste de Compósitos da Instron
- Catálogo Instron: Acessórios para Teste de Materiais
