ASTM » คู่มือการทดสอบความแข็งแรงของคานสั้นตามมาตรฐาน ASTM D2344

| Instron ภาพแบบสองส่วนที่แสดงอุปกรณ์จับยึดสำหรับทดสอบแรงเฉือนระหว่างชั้นของ Instron: ภาพด้านซ้ายเป็นรายละเอียดระยะใกล้ของตัวหยุดชิ้นงาน และภาพด้านขวาเป็นชุดอุปกรณ์จับยึดที่ประกอบสมบูรณ์พร้อมแขนปรับระยะห่างจุดรองรับแบบไมโครมิเตอร์คู่ซึ่งติดตั้งบนแผ่นฐานวงกลม

ASTM D2344: การทดสอบความแข็งแรงของคานสั้นสำหรับวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์พอลิเมอร์

ASTM D2344 คืออะไร?

ASTM D2344 คือวิธีการทดสอบมาตรฐานสำหรับการหาความแข็งแรงของคานสั้นของวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์พอลิเมอร์ที่มีการเสริมแรงด้วยเส้นใยแบบต่อเนื่องหรือไม่ต่อเนื่อง โดยใช้กับวัสดุคอมโพสิตที่มีคุณสมบัติยืดหยุ่นแบบสมดุลและสมมาตรเมื่อเทียบกับแกนตามยาวของชิ้นงานทดสอบแบบคาน

การทดสอบนี้จะให้แรงกระทำต่อชิ้นงานทดสอบแบบคานสั้นในการกำหนดค่าการดัดแบบ 3 จุด เนื่องจากชิ้นงานทดสอบมีความสั้นเมื่อเทียบกับความหนา การให้แรงจึงถูกออกแบบมาเพื่อส่งเสริมให้เกิดการเสียหายจากแรงเฉือนระหว่างชั้น แทนที่จะเป็นการเสียหายจากการดัดทั่วไป อนุญาตให้ใช้ความหนาของชิ้นงานทดสอบระหว่าง 2 มม. ถึง 6 มม. และต้องรักษาอัตราส่วนของความยาวช่วงกดต่อความหนาของชิ้นงานทดสอบไว้ที่ 4.0 เพื่อกระตุ้นให้เกิดรูปแบบการเสียหายจากแรงเฉือนนี้ได้อย่างเชื่อถือได้

ทำไมจึงต้องใช้มาตรฐาน ASTM D2344?

ผู้ผลิตวัสดุคอมโพสิตใช้มาตรฐาน ASTM D2344 เป็นเครื่องมือหลักในการควบคุมคุณภาพและข้อกำหนดเฉพาะของกระบวนการ ซึ่งเป็นวิธีที่รวดเร็วและต้นทุนต่ำในการ:

  • ตรวจสอบว่าวัสดุคอมโพสิตลามิเนตได้รับการบ่มตัวอย่างเหมาะสม
  • คัดกรองข้อบกพร่องจากการผลิต เช่น ช่องว่าง (voids) หรือการแยกตัวระหว่างชั้น (delamination)
  • ตรวจสอบความสม่ำเสมอของการวางชั้นวัสดุ (ply layups) และเทคนิคการผลิตอื่นๆ

เนื่องจากการทดสอบนี้ทำได้รวดเร็วและใช้ชิ้นงานทดสอบที่ค่อนข้างเรียบง่าย จึงได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นวิธีการคัดกรองตามกิจวัตร มากกว่าที่จะเป็นวิธีสำหรับการสร้างข้อมูลเพื่อการออกแบบ (design-allowable data)

ใครบ้างที่ใช้มาตรฐาน ASTM D2344?

วิธีนี้ถูกใช้โดย:

  • ผู้ผลิตวัสดุคอมโพสิตที่ทำการตรวจสอบวัสดุขาเข้าหรือการตรวจสอบคุณภาพระหว่างกระบวนการผลิต
  • วิศวกรกระบวนการที่ตรวจสอบความถูกต้องของรอบการบ่มตัวและความสม่ำเสมอของการวางชั้นวัสดุ
  • ห้องปฏิบัติการทดสอบวัสดุที่สนับสนุนโครงการด้าน อากาศยาน, ยานยนต์, การเดินเรือ และ คอมโพสิต ในอุตสาหกรรม

การวัดและผลลัพธ์ที่สำคัญ

ASTM D2344 ให้ผลลัพธ์จากการคำนวณเพียงค่าเดียว คือ ค่าความแข็งแรงต่อแรงเฉือนระหว่างชั้นปรากฏ (apparent interlaminar shear strength หรือ ILSS) หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า ความแข็งแรงของคานสั้น (short-beam strength หรือ SBS)

ค่าความแข็งแรงต่อแรงเฉือนระหว่างชั้นปรากฏคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้:

Fsbs = 0.75 × Pmb × h

โดยที่:

  • Fsbs = ความแข็งแรงต่อแรงเฉือนระหว่างชั้นปรากฏ (ความแข็งแรงของคานสั้น)
  • Pm = แรงสูงสุดที่ตรวจพบระหว่างการทดสอบ
  • b = ความกว้างของชิ้นงานทดสอบที่วัดได้
  • h = ความหนาของชิ้นงานทดสอบที่วัดได้

นอกเหนือจากค่าที่คำนวณได้นี้ มาตรฐาน ASTM D2344 ยังกำหนดให้ผู้ใช้ระบุและรายงานรูปแบบการเสียหาย (failure mode) ที่สังเกตได้ในชิ้นงานทดสอบแต่ละชิ้น มาตรฐานนี้มีคำแนะนำเกี่ยวกับรูปแบบการเสียหายทั่วไปใน รูปที่ 7 ของวิธีการทดสอบ และการระบุรูปแบบการเสียหายอย่างถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากรูปแบบการเสียหายที่ไม่ใช่แรงเฉือนระหว่างชั้นอาจทำให้ค่าความแข็งแรงที่คำนวณได้ไม่สามารถใช้เป็นค่าการวัดความแข็งแรงต่อแรงเฉือนระหว่างชั้นที่แท้จริงได้

ASTM D2344 เทียบกับ ISO 14130: แตกต่างกันอย่างไร?

วิศวกรและห้องปฏิบัติการที่ทำงานในระดับสากลมักจำเป็นต้องทราบว่า ASTM D2344 เกี่ยวข้องกับ ISO 14130 ซึ่งเป็นมาตรฐานสากลที่เทียบเคียงกันได้อย่างไร ทั้งสองวิธีวัดค่าความแข็งแรงต่อแรงเฉือนระหว่างชั้นปรากฏของวัสดุคอมโพสิตพลาสติกเสริมแรงด้วยเส้นใยโดยใช้การตั้งค่าการให้แรงแบบดัด 3 จุดบนคานสั้น แต่มีความแตกต่างที่มีนัยสำคัญในด้านขอบเขตและรูปทรงของอุปกรณ์จับยึด

คุณลักษณะ ASTM D2344 ISO 14130
ข้อกำหนดความสมมาตรของชิ้นงานทดสอบ ใช้เฉพาะกับลามิเนตที่มีความสมดุลและสมมาตร ไม่รวมชิ้นงานที่ไม่สมดุล/ไม่สมมาตร แต่ระบุถึงผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นต่อผลลัพธ์
รูปทรงของชิ้นงานทดสอบ ครอบคลุมทั้งชิ้นงานแบบแบนและแบบโค้ง ชิ้นงานแบบแบนรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าเท่านั้น
เส้นผ่านศูนย์กลางของตัวกด (Loading member) 6 มม. 10 มม.
เส้นผ่านศูนย์กลางของตัวรองรับ (Support) 3 มม. 4 มม.
ความแข็งของตัวกด/ตัวรองรับ ระบุไว้ที่: 60–62 HRC ไม่ได้ระบุไว้
อัตราส่วนช่วงกดต่อความหนาของชิ้นงาน 4:1 5:1

คุณควรใช้มาตรฐานใด?

  • เลือก ASTM D2344 หากคุณทำงานภายในห่วงโซ่อุปทานที่ขับเคลื่อนโดยอเมริกา/อากาศยาน จำเป็นต้องทดสอบชิ้นงานที่มีความโค้ง (เช่น ส่วนของท่อหรือโครงสร้างทรงกระบอก) เพิ่มเติมจากชิ้นงานแบบแบน หรือต้องการการสอบกลับได้ไปยังอุปกรณ์จับยึดที่ระบุค่าความแข็ง
  • เลือก ISO 14130 หากโครงการของคุณเป็นไปตามข้อกำหนดของยุโรป/สากล หรือลูกค้าหรือมาตรฐานที่กำกับดูแลของคุณกำหนดให้ใช้ข้อมูลการทดสอบ ISO โดยเฉพาะ

เนื่องจากทั้งสองมาตรฐานใช้รูปทรงของอุปกรณ์จับยึดและอัตราส่วนช่วงกดที่แตกต่างกัน ผลลัพธ์จาก ASTM D2344 และ ISO 14130 จึงไม่สามารถใช้แทนกันได้โดยตรง การเปรียบเทียบค่าความแข็งแรงของคานสั้นระหว่างสองมาตรฐานโดยไม่คำนึงถึงความแตกต่างเหล่านี้อาจนำไปสู่ข้อสรุปที่ผิดพลาดได้

ข้อกำหนดของชิ้นงานทดสอบ

ขนาดของชิ้นงานทดสอบ

  • ความหนาขั้นต่ำของชิ้นงานทดสอบ: 2 มม.
  • ความยาวของชิ้นงานทดสอบ: 6 × ความหนาของชิ้นงานทดสอบ
  • ความกว้างของชิ้นงานทดสอบ: 2 × ความหนาของชิ้นงานทดสอบ

ขนาดเหล่านี้ควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นขนาดที่แนะนำ แต่สามารถใช้ขนาดอื่นได้ตราบใดที่ยังคงรักษาอัตราส่วนที่กำหนดเหล่านี้ไว้

การเตรียมตัวอย่าง

ASTM D2344 อ้างอิงถึง ASTM D5687/D5687M เพื่อเป็นแนวทางในการเตรียมชิ้นงานทดสอบ และแนะนำให้ปฏิบัติตามแนวทางดังกล่าวในทุกกรณีที่ทำได้ รวมถึงคำแนะนำในการตัดเฉือน การเก็บงานที่ขอบ และการหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อชิ้นงานระหว่างการเตรียม

การวัดชิ้นงาน

การวัดชิ้นงานทดสอบที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญต่อการคำนวณความแข็งแรงของคานสั้นที่ถูกต้อง:

  • ความหนาและความกว้าง: วัดโดยใช้ ไมโครมิเตอร์ ที่มีหัวสัมผัสแบบบอลขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางระบุ 4–7 มม. หรือทั่งแบบแบน แนะนำให้ใช้หัวสัมผัสแบบบอลสำหรับชิ้นงานที่ไม่มีพื้นผิวเรียบ
  • ความยาว: วัดโดยใช้ไมโครมิเตอร์หรือเวอร์เนียร์คาลิปเปอร์ที่มีหัวสัมผัสแบบทั่งแบน

อุปกรณ์ทดสอบที่แนะนำสำหรับ ASTM D2344

เนื่องจากความแม่นยำของช่วงกดและรูปทรงการให้แรงมีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับการกระตุ้นให้เกิดรูปแบบการเสียหายที่ถูกต้อง การเลือกอุปกรณ์และความแม่นยำของอุปกรณ์จับยึดจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อผลลัพธ์ ASTM D2344 ที่เชื่อถือได้และทำซ้ำได้ ด้านล่างนี้คือการกำหนดค่าอุปกรณ์ที่แนะนำ

ระบบทดสอบ

เครื่องทดสอบอเนกประสงค์ 6800 Series ที่มีความสามารถในการรับแรง 10 kN มักจะเพียงพอสำหรับการทดสอบตามมาตรฐาน ASTM D2344 เนื่องจากแรงที่เกี่ยวข้องในการทดสอบคานสั้นนั้นค่อนข้างต่ำ

อย่างไรก็ตาม ห้องปฏิบัติการคอมโพสิตมักทำการทดสอบแรงดึงและแรงอัดด้วย ซึ่งโดยทั่วไปต้องการความสามารถในการรับแรงที่สูงกว่า โดยปกติจะอยู่ในช่วง 100 kN หรือ 300 kN ขึ้นอยู่กับวัสดุและการใช้งาน ในกรณีเหล่านี้ สามารถใช้เฟรมที่มีความสามารถในการรับแรงสูงกว่าสำหรับการทดสอบ ASTM D2344 ได้เช่นกัน ช่วยให้ห้องปฏิบัติการสามารถใช้เฟรมเดียวเป็นมาตรฐานสำหรับวิธีการทดสอบคอมโพสิตหลายวิธี

โหลดเซลล์

ควรให้ความสำคัญกับโหลดเซลล์ที่มีช่วงการวัด 1:1000 เนื่องจากแรงใน ASTM D2344 นั้นค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับการทดสอบชิ้นงานคอมโพสิตอื่นๆ เช่น แรงดึง และ แรงอัด เมื่อจับคู่กับระบบทดสอบ 6800 Series โหลดเซลล์ 2580 Series ของ Instron จะให้ความแม่นยำ 0.5% ของค่าที่อ่านได้จนถึง 1/1000 ของความสามารถในการรับแรงของโหลดเซลล์ ซึ่งหมายความว่าห้องปฏิบัติการที่ใช้โหลดเซลล์ที่มีความสามารถในการรับแรงสูงกว่า (เช่น 100 หรือ 300 kN) สำหรับการทดสอบคอมโพสิตอื่นๆ โดยทั่วไปสามารถใช้โหลดเซลล์เดียวกันนั้นสำหรับการทดสอบ ASTM D2344 ได้ โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนหรือติดตั้งโหลดเซลล์แยกต่างหากที่มีความสามารถในการรับแรงต่ำกว่า

| Instron ระบบทดสอบอเนกประสงค์แบบสองเสา Instron 68TM-50 พร้อมอุปกรณ์จับยึดสำหรับการดัดเพื่อหาแรงเฉือนระหว่างชั้นที่ติดตั้งในเฟรมรับแรงและแผงควบคุมสำหรับผู้ใช้งาน Bluehill Universal พร้อมภาพขยายสองภาพที่แสดงการตั้งค่าช่วงกดของอุปกรณ์จับยึดที่ปรับได้ด้วยไมโครมิเตอร์

อุปกรณ์จับยึดสำหรับการทดสอบ

ต้องใช้ อุปกรณ์จับยึดสำหรับการดัดเพื่อหาความแข็งแรงต่อการดัดและแรงเฉือนระหว่างชั้น เพื่อใช้การกำหนดค่าการให้แรงตามที่มาตรฐานระบุ (หมายเลขแคตตาล็อก: CP110860) อุปกรณ์จับยึดนี้จะจับคู่กับชุดทั่ง (anvil) ที่ตรงกับเวอร์ชันของมาตรฐานที่ปฏิบัติตาม:

  • ชุดทั่งสำหรับมาตรฐาน ASTM D2344 (หมายเลขแคตตาล็อก: CP107574) หรือ
  • ชุดทั่งสำหรับเวอร์ชันเมตริก ASTM D2344M (หมายเลขแคตตาล็อก: CP106695)

ขอแนะนำอย่างยิ่งให้ใช้ชุดตั้งช่วงกดที่มีความแม่นยำสำหรับการตั้งค่าช่วงกดรองรับอย่างถูกต้อง เนื่องจากความเสียหายจากแรงเฉือนระหว่างชั้นมีความอ่อนไหวสูงต่ออัตราส่วนช่วงกดต่อความหนาที่ถูกต้อง เวอร์ชันของ Instron (หมายเลขแคตตาล็อก: CP108199) ประกอบด้วยไมโครมิเตอร์สองตัวที่ช่วยให้สามารถตั้งค่าช่วงกดได้ด้วยความแม่นยำ 0.01 มม.

ฮาร์ดแวร์สนับสนุน

  • อุปกรณ์จับยึดสำหรับการดัดคานสั้นของ Instron ต้องใช้ แผ่นกด (compression platen) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างน้อย 100 มม. อยู่ด้านล่าง แผ่นกดเส้นผ่านศูนย์กลาง 150 มม. (หมายเลขแคตตาล็อก: 2501-163) เป็นตัวเลือกที่เหมาะสม
  • ทั่งตัวบนเชื่อมต่อผ่านการเชื่อมต่อแบบ Type Dm ช่วยให้สามารถประกอบเข้ากับการเชื่อมต่อโหลดเซลล์แบบ Type Df ได้โดยตรงโดยไม่ต้องใช้อะแดปเตอร์เพิ่มเติม
  • ตัวหยุดชิ้นงาน (specimen stops) รวมอยู่ในชุดทั่ง ช่วยให้การตั้งค่าสำหรับห้องปฏิบัติการที่เริ่มใช้วิธีนี้ทำได้ง่ายขึ้น

เคล็ดลับสำหรับการทดสอบ ASTM D2344 ที่เชื่อถือได้

  • ใช้ตัวหยุดชิ้นงานบนอุปกรณ์จับยึดสำหรับการดัดเพื่อให้ชิ้นงานอยู่กึ่งกลางระหว่างทั่งรองรับได้อย่างง่ายดายและสม่ำเสมอ ข้อผิดพลาดในการวางตำแหน่งเพียงเล็กน้อยอาจส่งผลต่อความแม่นยำของช่วงกดและรูปแบบการเสียหาย
  • สำหรับห้องปฏิบัติการที่ต้องการการควบคุมช่วงกดที่เข้มงวดขึ้น อุปกรณ์จับยึด CP110860 รองรับการติดตั้งไมโครมิเตอร์ CP108199 โดยตรงบนทั่งรองรับตัวล่างของ ILSS ช่วยให้สามารถตั้งค่าช่วงกดได้อย่างแม่นยำภายในค่าความคลาดเคลื่อน 0.01 มม. เมื่อเทียบกับทั่งตัวบน
| Instron ภาพระยะใกล้ของตัวหยุดชิ้นงานบนอุปกรณ์จับยึดสำหรับการทดสอบความแข็งแรงต่อแรงเฉือนระหว่างชั้นของ Instron โดยมีชิ้นงานทดสอบคอมโพสิตลามิเนตวางตำแหน่งอย่างแม่นยำระหว่างส่วนประกอบของอุปกรณ์จับยึด
ตัวหยุดชิ้นงานบนอุปกรณ์จับยึดสำหรับการทดสอบความแข็งแรงต่อแรงเฉือนระหว่างชั้นของ Instron ช่วยให้มั่นใจในการวางตำแหน่งวัสดุคอมโพสิตลามิเนตที่แม่นยำและทำซ้ำได้
| Instron ภาพระยะใกล้ของไมโครมิเตอร์ที่ติดตั้งบนอุปกรณ์จับยึดสำหรับทดสอบแรงเฉือนระหว่างชั้นของ Instron ซึ่งใช้สำหรับการปรับระยะห่างของจุดรองรับอย่างแม่นยำ
ไมโครมิเตอร์ความละเอียดสูงที่ติดตั้งบนอุปกรณ์จับยึดสำหรับทดสอบแรงเฉือนระหว่างชั้นของ Instron ช่วยให้สามารถปรับระยะห่างของจุดรองรับได้อย่างแม่นยำ

หมายเหตุเกี่ยวกับคู่มือนี้

หน้าเว็บนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นคู่มือข้อมูลทั่วไปสำหรับ ASTM D2344 และไม่ใช่สิ่งทดแทนวิธีการทดสอบฉบับเต็ม การเตรียมชิ้นงาน การทดสอบ และการรายงานผลควรเป็นไปตามมาตรฐานฉบับปัจจุบันที่สมบูรณ์เสมอ สามารถจัดหามาตรฐานอย่างเป็นทางการได้โดยตรงจาก ASTM: ASTM D2344/D2344M

คำถามที่พบบ่อย (FAQs)

สูตรสำหรับการคำนวณความแข็งแรงของคานสั้นคืออะไร?

ความแข็งแรงของคานสั้น (ความแข็งแรงต่อแรงเฉือนระหว่างชั้นปรากฏ) คำนวณได้ดังนี้:

Fsbs = 0.75 × Pmb × h

โดยที่ Pm คือแรงสูงสุดที่ตรวจพบ b คือความกว้างของชิ้นงานทดสอบ และ h คือความหนาของชิ้นงานทดสอบ

ASTM D2344 วัดค่าอะไร?

ความแตกต่างระหว่าง ASTM D2344 และ ASTM D2344M คืออะไร?

ความหนาของชิ้นงานทดสอบที่กำหนดสำหรับ ASTM D2344 คือเท่าใด?

ทำไมอัตราส่วนช่วงกดต่อความหนาจึงมีความสำคัญใน ASTM D2344?

ASTM D2344 แตกต่างจาก ISO 14130 อย่างไร?

ต้องใช้อุปกรณ์ใดบ้างในการทดสอบตามมาตรฐาน ASTM D2344?

ASTM D2344 ครอบคลุมชิ้นงานแบบแบนหรือแบบโค้ง?

อัปเดตเมื่อ:
14 กรกฎาคม 2026

| Instron Stephan Botzki

เขียนโดย:
Stephan Botzki

แก้ไขโดย:
Nick Erickson

สำรวจโซลูชันของ Instron สำหรับการทดสอบวัสดุคอมโพสิต

ตั้งแต่ระบบทดสอบไปจนถึงอุปกรณ์จับยึดและซอฟต์แวร์ Instron มีเครื่องมือที่ผู้ผลิตคอมโพสิต ห้องปฏิบัติการทดสอบ และทีมงานด้านคุณภาพต้องการเพื่อทำการทดสอบทางกลที่แม่นยำและทำซ้ำได้

อุปกรณ์จับยึดและอุปกรณ์เสริมที่สร้างขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะสำหรับการทดสอบการดัด แรงดึง และแรงอัดของวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์พอลิเมอร์ ออกแบบมาเพื่อความแม่นยำและความสามารถในการทำซ้ำในการใช้งานที่หลากหลาย

เฟรมรับแรงที่กำหนดค่าได้พร้อมความแม่นยำและความเข้ากันได้ของอุปกรณ์เสริมที่จำเป็นสำหรับการทดสอบคอมโพสิตทุกรูปแบบ สามารถตอบสนองข้อกำหนดการจัดตำแหน่งของ Nadcap ได้

ซอฟต์แวร์การจัดการห้องปฏิบัติการแบบรวมศูนย์สำหรับการกำหนดมาตรฐานวิธีการทดสอบ และรักษาความสมบูรณ์และความปลอดภัยของข้อมูลในโปรแกรมการทดสอบคอมโพสิตและเฟรมทดสอบต่างๆ

หรือ

พูดคุยกับผู้เชี่ยวชาญของ Instron

รับคำแนะนำเฉพาะด้านการใช้งานเกี่ยวกับการทดสอบวัสดุคอมโพสิตเมทริกซ์พอลิเมอร์

เกี่ยวกับผู้เขียน

| Instron Stephan Botzki

Stephan Botzki

Stephan Botzki เป็นวิศวกรอาวุโสด้านการประยุกต์ใช้งานที่ Instron โดยเขาทำงานร่วมกับลูกค้าเพื่อระบุการกำหนดค่าการทดสอบที่เหมาะสมที่สุดเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดการใช้งานสำหรับการทดสอบทางกลของวัสดุคอมโพสิต เขามีความเชี่ยวชาญในการทดสอบสถิติกำลังสูงของวัสดุคอมโพสิตและวัสดุขั้นสูงอื่นๆ และเป็นสมาชิกคนสำคัญของคณะกรรมการ ASTM D30 ว่าด้วยวัสดุคอมโพสิต งานของเขาเชื่อมโยงมาตรฐานที่เข้มงวดเข้ากับการใช้งานจริงในการทดสอบวัสดุ