مقدمه
تنوع استانداردهای آزمون‌های مکانیکی برای کامپوزیت ها زیاد است و بنابراین شناخت روش درست آزمون، به منظور حصول خواص درست در کاربرد مورد نظر، امری مهم و ضروری است. بخش اول این نوشتار به این موضوع اختصاص دارد. در بخش دوم سعی شده تا به این سوال پاسخ داده شود که آیا آزمون خمشی برای تعیین استحکام کامپوزیت‌ها مناسب است. در واقع از آنجایی که ساختارهای کامپوزیتی در کاربردهای معمول خود، در معرض بارهای خمشی قرار می گیرند، انجام آزمون خمشی مورد توجه است. از این منظر، توضیحاتی در مورد شرایط مربوط به انواع شکست (کششی، فشاری و خمشی) و امکان تخمین خواص استحکام ویژه مواد کامپوزیتی تحت بار گذاری خمشی آمده است.

انتخاب مناسب ترین روش ها برای آزمودن کامپوزیت‌ها
تعداد استانداردهای آزمون‌های مکانیکی در دسترس برای مواد کامپوزیتی زیاد است و این می تواند در نظر اول، گیج کننده باشد. یکی از دلایل این تنوع زیاد در آزمون های مربوط به کامپوزیت ها، تعداد خواص مربوط به سفتی و استحکامی است که باید تعیین شود. توضیح بیشتر اینکه خواص ماده برای یک کامپوزیت تقویت شده با الیاف تک جهته (شکل ۱) باید نه تنها در جهت الیاف اندازه گیری شود بلکه باید در جهت عرضی و احتمالا در جهت خارج از صفحه نیز تعیین گردد. مشابه آن، خواص برشی ممکن است در آرایش درون صفحه ای (۲-۱) و نیز آرایش های بین لایه‌ای (۳-۱ و ۳-۲) مورد نیاز باشند. در ادامه‌ی این فهرست، استحکام کششی و فشاری هستند که به طور معمول متفاوت از آزمون های فوق هستند و توسط آزمون های جداگانه ای تعیین می شوند. پیچیدگی دیگر این است که چندین آزمون استاندارد برای تعیین هر یک از این خواص وجود دارد. تفاوت میان آزمون ها شامل اندازه و شکل نمونه آزمون، روش اعمال بار به نمونه و روش انجام آزمون است. آزمون های فشاری و برشی کامپوزیت های تکه جهته، مثال های خوبی از این تفاوت ها را نشان می دهند. برای آزمون فشاری کامپوزیت‌ها در جهت الیاف، آزمون های استانداردی وجود دارند که به طور متداول استفاده می شوند و بار فشار را به شکل های مختلف بر نمونه وارد می کنند که عبارتند از: از طریق بارگذاری برشی وجوه نمونه (ASTM D 3410)، بارگذاری فشاری انتهای نمونه (SACMA SRM) یا ترکیبی از بارگذاری فشار و برشی .(ASTM D 6641) اگر آزمون به درستی انجام شود، هر سه روش اعمال بار، استحکام و سفتی یکسانی به دست می دهند. در مورد آزمون برشی درون صفحه ای (in plane) آزمون های استاندارد دارای تفاوت های بنیادی تری هستند. پرمصرف ترین روش های آزمون های برشی درون صفحه ای عبارتند از آزمون برشی کششی ˚۴۵± (ASTM D 3518) و آزمون های برشی (D7078 , ASTM D 5379) v-notched.
در آزمون برشی کششی ˚۴۵± موجب ایجاد تنش های برشی مورد نظر در جهت ۲-۱ هر صفحه می شود ( شکل ۲). همانطور که در شکل ۲ مشاهده می شود، تنش های برشی در نمونه های v-notched از طریق بارگذاری لبه ها (ASTM D 5379) یا بارگذاری در وجوه (ASTM D 7078) به وجود می آید. بر خلاف تفاوت‌های زیادی که بین نمونه ها و روش‌های بارگذاری وجود دارد، از هر سه روش آزمون برشی می توان برای تولید استحکام برشی و مدول برشی درون صفحه ای مواد کامپوزیتی استفاده کرد. علاوه بر آزمون‌های مکانیکی مورد استفاده برای تعیین خواص موادی کامپوزیت‌ها، آزمون‌های دیگری نیز برای به دست آوردن خواص ساختاری مربوط به لمینیت‌های کامپوزیتی چند جهته انجام می شود. مشابه خواص موادی که در بالا توضیح داده شد، چندین روش آزمون استاندارد شده برای هر یک از انواع آزمون های ساختاری وجود دارد. ولی به هنگام انتخاب یک روش آزمون بر اساس تفاوت های کاربرد مورد نظر، پیچیدگی‌های دیگری پدیدار می شود. برای مثال، انواع روش های متداول آزمون یاطاقان (bearing test) برای کامپوزیت‌ها را در نظر بگیرید. به منظور مقایسه‌ی موادی، معمولا آرایش نسبتا ساده‌ی برشی دوگانه (double-shear configuration) با میله‌ی سفت شده و بارگذاری شده به صورت کششی به کار می رود. ولی هنگام انجام آزمون برای نمایش یک کاربرد مورد نظر، ممکن است در آزمون فوق، بست، پخ و گشتاور پیچ خاصی مشخص شود که به همراه یک نمونه آرایش اتصال و بارگذاری به کار می رود. بنابراین چگونه می توان مناسب‌ترین روش را برای نوع خاصی از آزمون تعیین کرد؟ اولین گام عبارتست از شناسایی روش های آزمون استاندارد در دسترس و شناخت تفاوت های مهم میان آنها. در میان روش های آزمون استاندارد چاپ شده توسط ASTM، راهنمای سودمندی برای روش های مختلف آزمون کامپوزیت ها در ASTM D4762 موجود است. در این راهنما، ۱۰۸ روش آزمون ASTM خلاصه شده است و در شش گروه طبقه بندی شده اند:
• خواص استاتیک لمینیت چند لایه و تک لایه
• خواص دینامیک لمینیت چند لایه و تک لایه
• خواص ساختاری لمینیت
• ساختارهای ساندویچی
• خواص فیزیکی گرمایی، پیش ماده و جزء سازنده
• شرایط محیطی و مقاومت در برابر آن
برای هر گروه، جدولی شامل فهرستی از روش‌های آزمون ASTM استاندارد مربوطه به همراه خلاصه‌ای از مشخصات نمونه، خواص اندازه گیری شده، شرح مختصری از آزمون، مزایا و معایب آزمون و سایر پیشنهادات ارائه شده است. با وجود آنکه اطلاعات ثبت شده مختصر هستند ولی مقایسه ها و شرح مختصر سودمندی را از روش های آزمون استاندارد فراهم می کند. منبع اطلاعاتی دیگر برای آزمون های استاندارد که اطلاعات بسیار بیشتری را ارائه می کند، هندبوک مواد کامپوزیتی (Composite Materials Hanbook) است که معمولا تحت عنوان CMH-17 به آن ارجاع داده می شود. جلد اول این کتاب مرجع به نام “راهنمای کامپوزیت های ماتریس پلیمری برای مشخصه یابی مواد ساختاری” شامل بحث مفصلی درباره ی انواع روش‌های آزمون کامپوزیت‌هاست. به ویژه فصل ۶ با عنوان “مشخصه یابی تک لایه، چند لایه و اشکال خاص” و فصل ۷ با عنوان “مشخصه یابی اجزای ساختاری” مورد توجه هستند. با وجود آنکه بیشتر روش‌های آزمونی که در CMH-17 آمده است بر اساس استانداردهای ASTM هستند، ولی مروری بر سایر روش‌های آزمونی که به طور متداول استفاده میشوند نیز موجود است. این روش‌ها شامل مواردی است که توسط انجمن قدیمی‌تر تامین‌کننده‌ی مواد کامپوزیتی پیشرفته (SACMA) به چاپ رسیده است. پس از شناسایی روش‌های استاندارد برای آزمون و شناخت قابلیت های این روش‌ها، باید ملاحظات دیگری را نیز در انتخاب نهایی مناسب ترین روش آزمون برای یک شرایط خاص در نظر گرفت که عبارتست از ماده کامپوزیتی مورد آزمون شامل نوع اجزای سازنده (الیاف و ماتریس) و شکل ماده (الیاف پیوسته یا نا پیوسته، آرایش تک جهته یا اتفاقی، بافته شده و غیره).