Boeing-Kompressionsprüfvorrichtung nach Schlagprüfung (ASTM D7137)

Modell Nr. WTF-CI (Edelstahl)

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Abb. 1: Montierte Vorrichtung ohne montierten Prüfling.

Diese Prüfmethode wurde von der ASTM im Mai 2005 als Norm D7137 (Referenz 1) angenommen. Eine begleitende Norm, ASTM D7136 (Verweis 2), definiert die Methode zur Beaufschlagung des Prüfkörpers vor der Durchführung der Druckprüfung.

Dieses CAI-Prüfgerät (Compression After Impact) wurde von der Boeing Company entwickelt, wie in den Referenzen 3 und 4 beschrieben. Eine geringfügige Änderung der Vorrichtung ist in der SACMA-Empfehlungsmethode SRM 2R-94 (Referenz 5) beschrieben. Die Probe, in der Regel, aber nicht notwendigerweise, ein quasi-isotropes Laminat, ist 6 Zoll lang, 4 Zoll breit und etwa 0,2 Zoll dick. Eine NASA-Standardvorrichtung, die in Referenz 6 beschrieben wird, schreibt eine größere Probe vor und wird daher nicht so häufig verwendet wie die Boeing-Standardvorrichtung.

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Abb. 2: Schlagprüfstand wie in ASTM D7136 beschrieben.

Das Boeing-Prüfmuster wird zunächst wie in Referenz 2 beschrieben mit einem Fallgewichts-Prüfgerät (siehe Abbildung 2) geschlagen. Der Schlagprüfstand kann unter der Modellnummer WTF-IS erworben werden.

Die geprüfte Probe wird dann in der in Abb. 1 gezeigten Vorrichtung bis zum Versagen auf Druck belastet. Die Probe wird einfach an allen vier Kanten unterstützt, wobei die Vorrichtung einstellbar ist, wie durch die große Anzahl von Zylinderkopfschrauben angedeutet, um kleine Variationen der Probenbreite und -dicke auszugleichen. Die obere Platte (Belastungsplatte), die nicht direkt mit dem unteren Teil der Vorrichtung verbunden ist, wird über die obere Kante des Probekörpers geschoben, um diese vierte Kante einfach zu unterstützen. Die Seitenschienen sind kurz genug, um sicherzustellen, dass während der Druckprüfung ein Spalt zwischen den Seitenschienen und der oberen Platte erhalten bleibt. Die zusammengebaute Vorrichtung wird mit dem Probekörper frei auf der ebenen Unterlage der Prüfmaschine positioniert, wobei die Druckbelastung über eine Platte in der Traverse der Prüfmaschine direkt auf die obere Platte aufgebracht wird.

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Bild 3: Teilweise montierte Vorrichtung mit entfernter Ladeplatte.

Da das Laminat quasi-isotrop o.ä. ist, also keine hohe Eigendruckfestigkeit besitzt und zudem typischerweise durch die vorangegangene Stoßbelastung geschwächt wurde, kann es kantenbelastet werden, ohne zu zerdrücken, obwohl es ungetappt ist.

Zum Vergleich ist in Abb. 4 eine Version der Airbus-Industries-Kompressionsprüfvorrichtung nach dem Aufprall dargestellt. Weitere Einzelheiten finden Sie im Abschnitt Produkte auf dieser Website. Mit Hilfe von Schrauben werden die obere, die untere und die seitlichen Platten gegen den Probekörper gepresst, so dass auf alle vier Seiten des Probekörpers eine positive Spannkraft ausgeübt wird. Die effektiven Randbedingungen für die Probe sind jedoch immer noch "einfach gestützt", genau wie bei der Boeing-Vorrichtung. Die Probe hat die gleiche Größe wie bei der Boeing-Vorrichtung. Die Ständer der Vorrichtung sind zwar nicht wie bei der Boeing-Vorrichtung in der Breite verstellbar, aber das ist kein Problem, da die Standardprobe ohnehin eine bestimmte Größe hat.

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Abb. 4 Druckprüfvorrichtung von Airbus Industries nach dem Aufprall.

Es können auch spezielle Prüfvorrichtungen für die Kompression nach dem Aufprall hergestellt werden. Abbildung 5 zeigt ein solches Beispiel. Im Vordergrund ist eine Standard-Boeing-Vorrichtung zu sehen. Im Hintergrund ist eine speziell entwickelte Vorrichtung zu sehen, mit der Proben mit einer Höhe von 6 Zoll oder 10,5 Zoll und einer Breite von 4 Zoll, 8,5 Zoll oder 10,5 Zoll geprüft werden können. Eine weitere spezielle CAI-Vorrichtung ist in den Abb. 6 und 7 dargestellt. Diese Vorrichtung ist für die Prüfung hoher, schmaler Proben ausgelegt.

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       Abb. 5: Großes Spezialgerät für Druckprüfungen nach dem Aufprall im Hintergrund und ein Boeing-Gerät in Standardgröße im Vordergrund.

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Abb. 6: Eine weitere spezielle großformatige Nachdruckprüfvorrichtung im Hintergrund und eine Boeing-Prüfvorrichtung in Standardgröße im Vordergrund.

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Abb. 7: Eine spezielle CAI-Vorrichtung wird in ihrer kleinsten Konfiguration mit ihren zusätzlichen Bauteilen gezeigt. Diese Vorrichtung ist für die Prüfung von Proben mit den Abmessungen 4 x 6 Zoll, 6 x 8,5 Zoll und 8,5 x 10,5 Zoll bis zu einer maximalen Dicke von 1,25 Zoll ausgelegt.

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Abb. 8: Eine weitere großformatige Version der CAI-Halterung

Quellen für zusätzliche Informationen:

1) ASTM Standard D7137-12 (2012), "Standard Test Method for Compression Residual Strength Properties of Damaged Polymer Matrix Composite Plates", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (Erstausgabe 2005).

2) ASTM Standard D7136-12 (2012), "Standard Test Method for Measuring the Damage Resistance of a Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composite to a Dynamic Impact Event", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (erstmals 2005 veröffentlicht).

3) Boeing Specification Support Standard BSS 7260, "Advanced Composite Compression Tests", The Boeing Company, Seattle, Washington (ursprünglich herausgegeben im Februar 1982, überarbeitet im Dezember 1988).

4) Boeing Dokument D888-10026, "Test Methods for Advanced Composites, Revision A, Abschnitt 7.4, The Boeing Company, Seattle, Washington, Januar 1996.

5) SACMA Recommended Method SRM 2R-94, "Compression After Impact Properties of Oriented Fiber-Resin Composites," Suppliers of Advanced Composite Materials Association, Arlington, Virginia, 1994.

6) NASA-Referenzveröffentlichung 1092, "Standard Tests for Toughened Resin Composites", NASA-Langley Research Center, Hampton, Virginia, Revised Edition, Juli 1983.