ASTM » คู่มือการทดสอบความแข็งแรงของคานสั้นตามมาตรฐาน ASTM D2344

ภาพแบบสองส่วนที่แสดงอุปกรณ์จับยึดสำหรับทดสอบแรงเฉือนระหว่างชั้นของ Instron: ภาพด้านซ้ายเป็นรายละเอียดระยะใกล้ของตัวหยุดชิ้นงาน และภาพด้านขวาเป็นชุดอุปกรณ์จับยึดที่ประกอบสมบูรณ์พร้อมแขนปรับระยะห่างจุดรองรับแบบไมโครมิเตอร์คู่ซึ่งติดตั้งบนแผ่นฐานวงกลม | Instron

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

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

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
ภาพระยะใกล้ของตัวหยุดชิ้นงานบนอุปกรณ์จับยึดสำหรับการทดสอบความแข็งแรงต่อแรงเฉือนระหว่างชั้นของ Instron โดยมีชิ้นงานทดสอบคอมโพสิตลามิเนตวางตำแหน่งอย่างแม่นยำระหว่างส่วนประกอบของอุปกรณ์จับยึด | Instron
ตัวหยุดชิ้นงานบนอุปกรณ์จับยึดสำหรับการทดสอบความแข็งแรงต่อแรงเฉือนระหว่างชั้นของ Instron ช่วยให้มั่นใจในการวางตำแหน่งวัสดุคอมโพสิตลามิเนตที่แม่นยำและทำซ้ำได้
ภาพระยะใกล้ของไมโครมิเตอร์ที่ติดตั้งบนอุปกรณ์จับยึดสำหรับทดสอบแรงเฉือนระหว่างชั้นของ Instron ซึ่งใช้สำหรับการปรับระยะห่างของจุดรองรับอย่างแม่นยำ | Instron
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

อัปเดตเมื่อ:
14 กรกฎาคม 2026

Stephan Botzki | Instron

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

Stephan Botzki | Instron

Stephan Botzki

Stephan Botzki เป็นวิศวกรอาวุโสด้านการประยุกต์ใช้งานที่ Instron โดยเขาทำงานร่วมกับลูกค้าเพื่อระบุการกำหนดค่าการทดสอบที่เหมาะสมที่สุดเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดการใช้งานสำหรับการทดสอบทางกลของวัสดุคอมโพสิต เขามีความเชี่ยวชาญในการทดสอบสถิติกำลังสูงของวัสดุคอมโพสิตและวัสดุขั้นสูงอื่นๆ และเป็นสมาชิกคนสำคัญของคณะกรรมการ ASTM D30 ว่าด้วยวัสดุคอมโพสิต งานของเขาเชื่อมโยงมาตรฐานที่เข้มงวดเข้ากับการใช้งานจริงในการทดสอบวัสดุ