Kompressionstest-Vorrichtungen
Druckprüfverfahren können nach der Art der Krafteinleitung in den Prüfling klassifiziert werden: Seitenbelastung, Endbelastung oder kombinierte Belastung. Für Verbundwerkstoffe werden üblicherweise standardisierte Prüfverfahren aus jeder dieser drei Kategorien verwendet. Weitere Prüfmethoden und Zubehör, die bei der Druckprüfung von Verbundwerkstoffen, Sandwich-Verbundwerkstoffen und anderen Materialien verwendet werden, sind ebenfalls aufgeführt.
Spezielle Arten von Druckprüfungen werden auch häufig durchgeführt, um die Kerbempfindlichkeit und Schadenstoleranz von Verbundwerkstoffen zu bestimmen. Prüfvorrichtungen für diese speziellen Arten von Druckprüfungen sind ebenfalls enthalten.
Standardbefestigungen
Das Wyoming Combined Loading Compression Test Fixture ist die bevorzugte Druckprüfmethode. Durch die Kombination von End- und Scherbelastung können Materialien mittlerer Festigkeit mit minimaler Probenvorbereitung unbelastet geprüft werden. Ein relativ kompaktes Design ermöglicht eine einfachere Prüfung in nicht-ambienter Umgebung.
B-2:Modifizierter ASTM D695 Prüfadapter
Boeing BSS 7260
Obwohl es sich nicht um eine ASTM-Norm handelt, ist diese Endbelastungsmethode in der Gemeinschaft der Verbundwerkstoffe weit verbreitet. Druckfestigkeit und Elastizitätsmodul können geprüft werden, erfordern jedoch separate Tests. Bei der Festigkeitsprüfung müssen die Proben mit einer Lasche versehen werden, um Quetschungen am Ende zu vermeiden.
B-3:IITRI-Druckprüfvorrichtung
ASTM D3410
Die IITRI-Vorrichtung prüft eine gelappte, geradlinige Probe durch Scherbelastung. Proben bis zu einer Dicke von 15 mm (0,6") und 38 mm (1,5") können auf Festigkeit, Modul und Poissonzahl geprüft werden. Die Vorrichtung ist jedoch so robust, dass sie Belastungsblöcke mit einem Gewicht von 43 kg aufnehmen kann.
B-4:Wyoming Modifizierter IITRI-Prüfadapter
Modell-Nr. WTF-WI
Ähnlich wie die Standard-IITRI-Vorrichtung wurde die modifizierte Vorrichtung für die Prüfung einer geraden Probe mit Lasche entwickelt. Diese modifizierte Konstruktion wurde so abgespeckt, dass sie Proben mit einer Breite von bis zu 13 mm (Standardbreite für Druckproben) aufnehmen kann und dabei nur 10 kg wiegt.
B-5:Celanese Druckprüfvorrichtung
Ehemals ASTM D3410
Die Celanese-Methode, eine ASTM-Norm aus den Jahren 1975-2003, erfordert eine mit einer Lasche versehene Probe von präziser Dicke, die über geteilte Kegelklemmen auf Scherung beansprucht wird. Die Vorrichtung ist relativ leicht, erfordert jedoch eine umfangreiche Probenvorbereitung und neigt zu fehlerhaften Ergebnissen, wenn die Prüfung nicht mit äußerster Sorgfalt durchgeführt wird.
B-6:Wyoming Modifizierte Celanese-Testvorrichtung
Modell-Nr. WTF-WC
Bei dieser modifizierten Konstruktion wird eine gelappte Probe mit Hilfe von konischen kreiszylindrischen Keilspannern auf Scherung belastet, was einen Bereich von zulässigen Probendicken ermöglicht. Um die Reibung zu verringern und die Ausrichtung zu verbessern, werden Ausrichtungsstangen in Linearlagern verwendet.
B-7:Deutsche DIN 65 380 Modifizierter Celanese-Prüfadapter
Modell-Nr. WTF-GC
Die deutsche DIN 65 380 Modified Celanese ist eine Verbesserung gegenüber dem Original und verwendet konisch zulaufende flache Keilgriffe anstelle von geteilten konischen Griffen. Im Gegensatz zum Wyoming Modified Celanese behält der German DIN die externe Ausrichtungshülse des Originaldesigns bei, die während des Tests klemmen kann.
B-8:Druckunterdruck-Prüfvorrichtung
ASTM D695
Die ASTM-Norm D695 empfiehlt die Verwendung einer Unterpresse zur Prüfung einer freitragenden zylindrischen Probe. Die Unterpresse kann auch verwendet werden, um sicherzustellen, dass eine separate Prüfvorrichtung axial belastet wird.
Wyoming Test Fixture führt feste und kugelförmige Sitzplatten aus 440c vergütetem Stahl. Die Platten haben typischerweise einen Durchmesser von 152 mm (6"), können aber in jedem Durchmesser geliefert werden.
Die Sandwichplatte wird an beiden Enden leicht in die Prüfvorrichtung eingespannt und mit einer Druckkraft parallel zur Plattenebene beaufschlagt. Wie der Name schon sagt, wird die Kraft vor allem an den Enden der Deckbleche eingeleitet.
Gekerbte Prüfadapter
Die Kerbprüfung bezieht sich auf die einachsige Prüfung eines Verbundstofflaminats mit einem kleinen kreisförmigen Loch unter Zug- oder Druckbelastung. Im Gegensatz zu Metallen sind die Spannungskonzentrationen und Festigkeitsminderungen aufgrund von Löchern extrem schwer vorherzusagen, selbst mit den modernsten Methoden der Finite-Elemente-Analyse (FEA). Daher werden zur experimentellen Bestimmung dieser Festigkeitsminderungen weiterhin Kerbprüfungen durchgeführt.
Diese Methode wurde zuerst von Boeing entwickelt und ist heute die bei weitem beliebteste Methode zur Prüfung mit offenen Löchern. Ein 12" langer und 1,5" breiter Probekörper hat in der Mitte ein Loch mit einem Durchmesser von 0,25". Durch Scher- und Endbelastungen wird eine Druckkraft aufgebracht.
C-2:Northrop Open-Hole Test Fixture
NAI-1504C
Die Northop Open Hole Compression Testmethode ist zwar nicht so populär wie die Boeing-Testmethode, verwendet aber eine deutlich kleinere Probe und spart somit Material. Ein 0,25"-Loch ist Standard für beide Tests.
Vorrichtungen für die Druckprüfung nach dem Aufprall
Schäden durch unkontrollierte Defekte sind seit langem ein Problem bei der Arbeit mit spröden Verbundwerkstoffen. Drei verschiedene Gruppen (Boeing, Airbus und NASA) haben Testmethoden entwickelt, um solche Schäden zu quantifizieren, die aus einem spezifischen Aufprallereignis gefolgt von einer Druckbelastung in der Ebene bis zum Versagen bestehen.
C-3:Boeing Druckprüfung nach Aufprall
ASTM D7137
Die Boeing CAI-Methode verwendet ein (typischerweise) quasi-isotropes Laminat mit einer Länge von 6", einer Breite von 4" und einer Dicke von ca. 0,2". Ein Fallgewichtsschlaggerät beschädigt das Laminat lokal, das dann bis zum Druckversagen getestet wird. Alle vier Kanten des Probekörpers werden während der Prüfung einfach von der Vorrichtung unterstützt.
C-4:Airbus Druckversuch nach Aufprall
AITM1-0010
Die CAI-Testmethode von Airbus ist ähnlich wie die von Boeing, aber in S.I.-Einheiten definiert. Zusätzlich enthält die Airbus-Vorrichtung Schrauben, um die Stützplatten zwangsweise gegen den Prüfling zu drücken. Die effektiven Randbedingungen für den Prüfling sind jedoch immer noch "einfach unterstützt", genau wie bei der Boeing-Vorrichtung.
C-5:NASA Druckprüfung nach Aufprall
NASA 1092
Die NASA CAI-Vorrichtung wird weitaus seltener verwendet als die Boeing- oder Airbus-Vorrichtungen. Sie verwendet eine ähnliche Methode, jedoch mit Mindestabmessungen der Probe von 10" Länge und 7" Breite. Nach dem Aufprall wird die Breite auf 5" beschnitten. Diese größere Probenanforderung war der Auslöser für die Entwicklung der CAI-Methode von Boeing.
Andere Prüfvorrichtungen, wie die im Lockheed Martin F-22 Programm definierten, sind zwar nicht so weit verbreitet, können aber zu einem Preis geliefert werden, der nicht wesentlich höher ist als der von weiter verbreiteten Vorrichtungen.
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