Universal Testing Machine vs Compression Test Machine selitetty

A Universaali testauskone (UTM) suorittaa jännitys-, puristus-, taivutus-, leikkaus- ja kuoriutumistestejä yhdellä alustalla - puristustestauskone suorittaa vain puristuskuormituksen. UTM on tehokkaampi ja kalliimpi instrumentti: sen kaksi- tai nelipylväinen runko, kaksisuuntainen toimilaite ja vaihdettava kahvajärjestelmä mahdollistavat sen kääntämisen voiman suunnan ja käytännöllisesti katsoen minkä tahansa testigeometrian mukauttamisen. Puristustestauskone on suunniteltu vain alaspäin suuntautuvaa puristuskuormitusta varten – siinä ei ole mekanismia vetovoiman kohdistamiseksi, mikä tekee siitä edullisemman, yksinkertaisemman käyttää ja soveltuu paremmin suuren volyymin puristuskohtaiseen testaukseen, kuten betonikuutioiden testaukseen, tiilitestaukseen ja pakkauspuristukseen. Jos laboratoriosi testaa materiaaleja jännityksessä tai taivutuksessa puristuksen lisäksi, UTM on oikea valinta. Jos työsi on yksinomaan puristavaa – erityisesti suuren kuormituksen aiheuttamia rakennemateriaaleja, kuten betoni ja muuraus – erillinen puristustestauslaite tarjoaa paremman arvon ja usein suuremman voimakapasiteetin dollaria kohden.

Keskeiset suunnitteluerot: mihin jokainen kone on rakennettu

Universaali testauskonearkkitehtuuri

UTM on rakennettu rakenteellisen rungon - tyypillisesti kahden tai neljän kantavan pilarin - ympärille, joka tukee kiinteää ristipäätä yläosassa ja liikkuvaa ristipäätä, jota ohjataan johtoruuveilla, hydraulisylintereillä tai hihna- ja hihnapyöräjärjestelmällä. Toimilaite on kaksisuuntainen: se voi liikuttaa ristipäätä sekä ylöspäin (jännitys) että alaspäin (puristus) samalla voimakapasiteetilla. Punnituskenno on asennettu linjaan toimilaitteen ja kahvojen väliin, ja se mittaa voimaa molempiin suuntiin. Tämä symmetrinen, kaksisuuntainen muotoilu tekee koneesta "universaalin".

Ristipäiden väliseen testitilaan pääsee käsiksi molemmilta puolilta, jolloin pitkiä näytteitä voidaan kuormittaa aksiaalisesti. Ylä- ja alakahvat tai kiinnikkeet ovat vaihdettavissa – sama kone voi pitää 6 mm:n langan vetokahvoissa, puristaa vaahtomuovin tasaisten levyjen väliin tai taivuttaa palkkia kolmipistekiinnikkeiden yli yksinkertaisesti vaihtamalla työkaluja. UTM:t vaihtelevat 100 N työpöytäyksiköt pakkauksiin ja kalvoihin 2 000 kN asti lattialla seisovat koneet rakenneteräkselle ja betonille .

Puristustestauskoneen arkkitehtuuri

Puristustestauskone (CTM) - jota kutsutaan myös betonin puristustestauslaitteeksi tai kuutiopuristimeksi - koostuu jäykästä pohjarungosta, kiinteästä alalevystä ja ylälevystä, jota ohjataan alaspäin hydraulisen tunkin tai sähkömekaanisen toimilaitteen avulla. Lataussuunta on yksisuuntainen: ylempi laatta laskeutuu ja näyte puristuu kahden levyn väliin. Ei ole mekanismia toimilaitteen kääntämiseksi ja ylöspäin suuntautuvan vetovoiman käyttämiseksi.

CTM:t on optimoitu jäykkien näytteiden voimakkaisiin puristustesteihin. Koska kehyksen tarvitsee vain vastustaa puristusreaktiovoimia (ei vetoa), se voidaan valmistaa lyhyemmällä, tiiviimmällä rakenteella, joka on luonnostaan ​​jäykempi – kriittinen tarkkojen mittausten kannalta testattaessa hauraita materiaaleja, jotka murtuvat räjähdysmäisesti. Betonin testauksen standardit CTM:t vaihtelevat 1 000 kN - 3 000 kN , erikoiskoneiden ulottuvilla 5 000 kN (500 tonnia) kalliolle ja suurille kiviaineskappaleille. Nämä voimatasot ovat harvoin saatavilla samanhintaisissa UTM:issä.

Testityypit: Mitä kukin kone voi tehdä ja mitä ei

Voiman kantama ja rungon jäykkyys: Missä koneet eroavat toisistaan

Voimaalue on yksi terävimmistä eroista näiden kahden konetyypin välillä käytännössä. Yleisimpiä materiaalien testauslaboratorioita palvelevat UTM:t on yleisimmin määritelty 5 kN - 600 kN alue. 600 kN UTM, joka pystyy testaamaan rakenneteräksen vetolujuutta, maksaa huomattavasti enemmän kuin 3 000 kN:n puristustestauslaite, joka palvelee betonin testauslaboratoriota – koska UTM:n kaksisuuntainen runko, tarkkuusservoohjaus ja ekstensometriliitäntä lisäävät huomattavia kustannuksia, joita hydraulinen CTM ei tarvitse.

Rungon jäykkyys on toinen kriittinen parametri. Kun hauras näyte, kuten betonikuutio, murtuu räjähdysmäisesti, mukautuvaan (alhaisen jäykkyyden) runkoon varastoitunut energia vapautuu yhtäkkiä, mikä jatkaa näytteen murskaamista sen luonnollisen murtumispisteen yli ja tuottaa keinotekoisen alhaisia ​​lujuuslukemia. EN 12390-4 ja ASTM C39 määrittelevät rungon vähimmäisjäykkyyden vaatimukset betonin puristustestausta varten — ilmaistaan tyypillisesti taipumarajana suurimmalla kuormituksella. Erityiset CTM:t on suunniteltu erityisesti täyttämään nämä jäykkyysvaatimukset. Monilla yleiskäyttöisillä UTM-koneilla, erityisesti sähkömekaanisilla ruuvivetoisilla malleilla, on riittämätön rungon jäykkyys tarkkaan betonin puristustestaukseen suurilla kuormilla.

Käyttöjärjestelmät: sähkömekaaninen vs. hydraulinen

Sekä UTM:itä että puristustestauslaitteita on saatavana sähkömekaanisina (EM) ja hydraulisina versioina, mutta tyypilliset kokoonpanot eroavat näiden kahden instrumenttityypin välillä.

Sähkömekaaniset UTM:t

Useimmat alle 600 kN:n laboratorio-UTM:t ovat sähkömekaanisia: sähköinen servomoottori käyttää johtoruuveja tai kuularuuveja ristipään liikuttamiseksi. Tämä tarjoaa tarkka ristipään siirtymän säätö — asennon tarkkuus ±0,1 mm tai parempi — ja tasainen ristipään nopeus 0,001 mm/min - 1 000 mm/min koko kuormitusalueella. EM-käyttö on puhtaampaa (ei hydrauliöljyä), hiljaisempi ja vaatii vähemmän rutiinihuoltoa kuin hydraulijärjestelmät. Rajoitus on maksimivoima: lyijyruuvivetoiset yli 600 kN UTM:t tulevat erittäin suuriksi, hitaiksi ja kalliiksi.

Hydrauliset UTM:t ja puristustestaajat

Yli 600 kN:n hydraulinen käyttö hallitsee sekä UTM:itä että CTM:itä. Hydraulipumppu paineistaa öljyä männän/mäntämän liikuttamiseksi. Tämä tuottaa erittäin suuria voimia kompaktissa toimilaitteessa – hydraulisylinterin synnyttämässä 2000 kN mahtuu halkaisijaltaan noin 250 mm:n sylinteriin . Hydraulijärjestelmät tarjoavat erinomaisen voimanhallinnan kuormitusohjatuissa testeissä (standardi betonitestauksessa, jossa kuormitusnopeus määritellään kN/s siirtonopeuden sijaan). Haittapuolena on, että asennonsäätö on vähemmän tarkkaa kuin sähkömekaaninen, öljy vaatii säännöllistä vaihtoa ja vuotojen hallintaa, ja pumppu tuottaa lämpöä ja melua.

Servohydrauliset UTM:t, joita käytetään väsymis- ja dynaamisissa testauksissa, yhdistävät hydraulisen voimakapasiteetin suljetun silmukan servo-ohjaukseen sekä voiman että siirtymän osalta. Nämä ovat erityisiä kalliita laitteita, joita tavallisesti löytyy tutkimus- ja ilmailutestausympäristöistä rutiininomaisten laadunvalvontalaboratorioiden sijaan.

Kahva- ja kiinnitysjärjestelmät: Monipuolisuus vs. yksinkertaisuus

UTM:n monipuolisuus tulee suurelta osin sen kalusteekosysteemistä. Koneen ristipäissä on kierre- tai haarukkamaiset kiinnityskohdat, jotka hyväksyvät vaihdettavat kahvat ja kiinnikkeet:

• Kiilakäyttöiset vetokahvat — itsekiristyvät leuat, jotka tarttuvat litteisiin tai pyöreisiin näytteisiin; saatavana sileäleuana (pehmeille materiaaleille) tai hammastettuna leuana (koville materiaaleille); yleisin UTM-lisävaruste
• Puristuslevyt — litteät karkaistut teräslevyt lohkojen, sylinterien ja näytteiden puristamiseen; nämä muuntavat UTM:n puristustestaajaksi ei-konkreettisia sovelluksia varten
• Kolmen ja neljän pisteen taivutusvalaisimet — rullapohjaiset tuet ja kuormituskärjet taivutuskokeita varten; jännevälit ovat säädettävissä vastaamaan testistandardeissa määritettyjä näytteiden mittoja
• Peel kiinnikkeet — pyörivät varsi tai T-kuorintakiinnikkeet liima- ja kalvon irrotustesteihin määritellyissä kulmissa (90°, 180°, T-kuorinta)
• Extensometrit — kiinnitettävät tai kosketuksettomat laitteet, jotka mittaavat näytteen venymän ristipään siirtymisestä riippumatta ja tarjoavat tarkan jännitysmittauksen Youngin moduulin ja myötörajan määrittämiseen

Puristustestauskoneessa sitä vastoin on tyypillisesti vain yksi kiinnityskokoonpano: ylä- ja alalevyt. Standardin EN 12390-4 mukaiset betonimerkinnät määrittelevät a pallomaisesti istuva ylälevy joka tasaantuu ottaakseen huomioon pienet näytteen epäyhdenmukaisuudet – kriittinen tarkkuusominaisuus betonikuutioiden testauksessa. Jotkut CTM:t hyväksyvät valinnaiset säteen testauslaitteet, mutta kiinnitysalue on murto-osa siitä, mitä UTM tukee.

Mittaus ja ohjaus: kuormituskennot, ekstensometrit ja ohjelmistot

Kuormituskennon tarkkuus ja kantama

UTM:t käyttävät tyypillisesti vaihdettavia punnituskennoja – laboratoriossa voi olla 1 kN kenno kalvon ja liiman testaukseen ja 100 kN kenno metallitestaukseen, kullakin omalla kalibroinnilla. Kuormituskennon tarkkuus on kriittinen: ASTM E4 ja ISO 7500-1 määrittelevät, että testauskoneen voiman tarkkuuden on oltava ±1 % ilmoitetusta voimasta alueella 2–100 % punnituskennon kapasiteetista. Useimmat nykyaikaiset UTM-kuormituskennot saavuttavat ±0,5 % tai parempi tarkkuudella niiden mitoitusalueella.

Betonin puristustestauskoneet käyttävät EN 12390-4:n mukaan kalibroituja punnituskennoja tai paineantureita, jotka edellyttävät tarkkuutta ±2 % käytetystä voimasta alueella 20 % - 100 % enimmäiskapasiteetista. Laajempi toleranssi heijastaa betoninäytteen geometrian ja pinnan esikäsittelyn luontaista vaihtelua, jossa yli 2 %:n mittaustarkkuudella ei ole käytännössä merkitystä.

Ohjelmiston ominaisuudet

UTM-ohjelmisto on välttämättä monimutkaisempi kuin CTM-ohjelmisto, koska sen täytyy käsitellä useita testityyppejä, venymälaskentaa ekstensometritiedoista ja materiaaliominaisuuksien johtamista (Youngin moduuli, myötöraja, murtovetolujuus, murtovenymä, murtolujuus). Instronin (Bluehill), Zwick/Roellin (testXpert) ja MTS:n (TestSuite) johtavat UTM-ohjelmistoalustat tarjoavat ohjelmoitavia testausmenetelmiä, automaattisen materiaalin ominaisuuksien laskennan, tilastollisen raportoinnin näyteerien välillä ja integroinnin LIMS:ään (laboratoriotietojen hallintajärjestelmät).

CTM-ohjelmisto betonille on rakenteeltaan yksinkertaisempi: käyttäjä syöttää näytteen poikkileikkauksen mitat, kone kohdistaa kuormituksen määritetyllä nopeudella (tyypillisesti 0,5 ± 0,25 MPa/s standardin EN 12390-3 mukaan ), tallentaa murtumahetken huippuvoiman ja laskee puristuslujuuden voimana jaettuna poikkileikkausalalla. Tuloksena on yksittäinen luku MPa tai psi - ei jännitys-venymäanalyysiä, ei moduulilaskentaa.

Kattava rinnakkainen vertailu

Alan sovellukset: Kuka käyttää mitäkin konetta

Toimialat, jotka käyttävät pääasiassa UTM:itä

• Metallit ja valmistus — Teräksen, alumiinin, kuparin ja hitsien vetolujuustestaus ISO 6892:n ja ASTM E8:n mukaisesti on yleisin UTM-sovellus maailmanlaajuisesti; myötöraja, vetolujuus ja venymä ovat pakollisia laatuparametreja rakennemateriaaleille
• Muovit ja polymeerit — muovattujen osien, kalvojen ja kuitujen veto-, taivutus- ja puristustestit ISO 527-, ISO 178- ja ASTM D638 -standardien mukaisesti; Lääketeollisuus käyttää UTM:itä tabletin kovuuden ja kapselin tiivistyksen lujuuteen
• Tekstiilit ja geotekstiilit — kankaiden, lankojen ja geokalvovuorausten vetolujuus ja venymä; liimattujen tekstiilien kuori- ja saumanlujuus
• Ilmailu ja autoteollisuus — rakenneosien testaus, komposiittilaminaatin vetolujuus ja puristus, liimaliitoksen testaus, kiinnittimen ulosveto; vaativat usein erikoistuneita kalusteita ja ympäristökammioita (korotettu lämpötila, kryogeeninen)
• Pakkaus — kartongin ja aaltopahvin puristus, kalvon vetolujuus ja repeytys, tiivisteen kuoriutumislujuus, pullon murskaus; Pakkauslaboratorioiden UTM:t suorittavat usein 50–100 testiä päivässä useille testityypeille

Toimialat, jotka käyttävät pääasiassa puristustestauskoneita

• Rakennusmateriaalien testauslaboratoriot — Betonikuution ja sylinterin puristustestaus on yleisin laadunvalvontatesti rakennusalalla; tyypillinen laboratorio voi testata 50-200 betonikuutiota päivässä , mikä tekee CTM:n suorituskyvystä ja yksinkertaisuudesta kriittistä
• Sementin valmistus — sementtilaastikuutioiden puristuslujuus standardin EN 196-1 ja ASTM C109 mukaan on sementin tuotannon ensisijainen laatuparametri; omistetut laastin testauslaitteet toimivat jatkuvasti sementtitehtaan laatulaboratorioissa
• Muuraus ja keramiikka — tiilien, lohkojen, laattojen ja tulenkestävän keramiikan puristuslujuus standardin EN 772-1, ASTM C67 mukaisesti; nämä testit vaativat erityisten CTM:ien suurta voimakapasiteettia ja jäykkiä kehyksiä
• Kalliomekaniikka ja geotekninen suunnittelu — kivisydännäytteiden yksiakselinen puristuslujuus (UCS) testaus ISRM:n ja ASTM D7012:n mukaisesti; kallionäytteet korkeissa rajoituspaineissa vaativat CTM:itä jopa 5 000 kN voimilla

Milloin UTM voi korvata pakkaustestin (ja milloin se ei voi)

Puristuslevyillä varustettu UTM voi suorittaa monia samoja testejä kuin metallien, muovien, vaahtojen ja pakkausten puristustestauslaite. Kysymys kuuluu, soveltuuko se betonin ja muurauksen testaukseen, jossa useimmat ostopäätökset kääntyvät.

UTM soveltuu betonin puristustestaukseen vain, jos:

• Sen voimakapasiteetti kattaa odotetun huippukuorman — 150 mm:n vakiobetonikuution 30 MPa:n suunnittelulujuus vaatii noin 675 kN huippuvoiman ; 200 mm kuutio vaatii 1200 kN; useimmat alle 1 000 kN UTM:t eivät sovellu rutiininomaiseen betonikuution testaukseen
• Sen rungon jäykkyys täyttää sovellettavan standardin (EN 12390-4 tai ASTM C39) vaatimukset; tämä on tarkistettava valmistajalta, ei oletettavasti
• Sen ylälevyssä on pallomainen istuinmekanismi vakiovaatimusten mukaisesti
• Kalibrointiviranomainen kattaa erityisesti puristustilan – ISO 7500-1:n mukaan kalibroitu UTM vetolujuustestausta varten ei ole automaattisesti yhteensopiva betonin puristustestauksessa standardin EN 12390-4 mukaisesti.

Pienen volyymin tutkimussovelluksiin – satunnaiseen betoninäytteiden testaukseen yliopiston laboratoriossa, jossa on monia muita testitarpeita – suurikapasiteettinen UTM sopivilla puristuskiinnittimillä on käytännöllinen valinta, joka välttää kahden koneen ostamisen. Kaupalliselle betonitestauslaboratoriolle, joka käyttää suuria määriä päivittäin, a oma CTM on kustannustehokkaampi, nopeampi käyttää ja tarkoituksenmukaisesti kalibroitu juuri sitä työtä varten.

Kalibrointi, standardit ja akkreditointivaatimukset

Valtuutetun kalibrointielimen on kalibroitava säännöllisesti sekä UTM:t että CTM:t voiman tarkkuuden varmistamiseksi. Sovellettavat standardit vaihtelevat:

• ISO 7500-1 / ASTM E4 — kansainväliset ja yhdysvaltalaiset standardit testauskoneiden voimanmittausjärjestelmän kalibroimiseksi; määrittää tarkkuusluokat (luokka 0,5 = ±0,5%, luokka 1 = ±1%, luokka 2 = ±2%); koskee UTM:itä ja kaikkia voimanmittauslaitteita
• EN 12390-4 — koskee erityisesti betonissa käytettäviä puristustestauskoneita; vaatii voimantarkkuuden lisäksi levyn tasaisuuden ja kovuuden, pallomaisen istuvuuden ja kuorman levitysmäärän tarkkuuden tarkistamisen; laboratorioiden, jotka testaavat betonia standardin EN 12390-3 mukaisesti, on kalibroitava CTM:nsä erityisesti tämän standardin mukaisesti
• Kalibrointitaajuus — ISO/IEC 17025 -akkreditoidut laboratoriot kalibroivat tavallisesti vuosittain; paljon käytettävät tai suuret seuraukset testausympäristöt (ydinvoima, ilmailu) voivat vaatia puolivuosittaisen kalibroinnin; kalibroinnin tulee aina tapahtua merkittävien koneen korjausten, siirtojen tai epäiltyjen ylikuormitustapahtumien jälkeen

ISO/IEC 17025 -standardin laboratorioakkreditoinnin osalta akkreditoinnin laajuus määrittää, mitkä testit ja voimaalueet kuuluvat. Metallien vetolujuustestaukseen UTM:llä akkreditoitua laboratoriota ei automaattisesti akkreditoida betonin puristustestaukseen samalla koneella – testimenetelmät, standardit ja kalibrointivaatimukset arvioidaan itsenäisesti.

Päätösopas: Mikä kone ostaa

Käytä seuraavia kriteerejä määrittääksesi, mikä laite sopii testausvaatimuksiisi:

1. Tarvitsetko vetokokeen? Jos kyllä ​​– metallien, muovien, tekstiilien, kalvojen tai liimojen osalta – UTM on pakollinen. Vain puristuskoneet eivät voi suorittaa vetokokeita millään kokoonpanolla.
2. Onko pääasiallinen työsi betoni, muuraus tai kiven puristus? Jos kyllä, ja vaadittu voimasi ylittää 600 kN, erityinen CTM tarjoaa suuremman voimakapasiteetin pienemmillä kustannuksilla ja on erityisesti suunniteltu ja kalibroitu näitä materiaaleja varten.
3. Mikä on testimääräsi? Suuren volyymin betonitestaus (50 näytettä päivässä) hyötyy erillisen CTM:n yksinkertaisemmasta toiminnasta ja nopeammasta sykliajasta. Tutkimus tai vähäinen testaus oikeuttaa UTM:n kustannukset, joka voi palvella useita testityyppejä.
4. Mikä on budjettisi? Vastaavan puristusvoimakapasiteetin saamiseksi CTM yleensä maksaa 30-50 % vähemmän kuin UTM. Jos testialue on yksinomaan kompressiivinen, ei ole perusteltua kuluttaa enemmän UTM-ominaisuuksiin, joita ei koskaan käytetä.
5. Tarvitsetko ekstensometrin tietoja tai jännitys-venymäkäyriä? Jos materiaalin ominaisuuksien karakterisointi (moduuli, myötöraja, murtumisenergia) vaaditaan, tarvitaan UTM ekstensometrillä. CTM:t tuottavat vain huippuvoiman ja puristuslujuuden – eivät jatkuvaa voima-siirtymää tai jännitysvenymätietoja.
6. Muuttuuko testin laajuus ajan myötä? Jos laboratoriosi aikoo testata uusia materiaalityyppejä tai päästä uusille markkinoille, UTM:n monipuolisuus tarjoaa suojan investoinneille. CTM-osto on sitoutunut puristustestaukseen sen käyttöiän ajan.