Boeing Open-Hole-Kompressionsprüfvorrichtung (ASTM D6484)

Modell Nr. WTF-OH (Edelstahl)

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Abb. 1: Montierte Vorrichtung ohne montierten Prüfling.

Die Boeing Open-Hole Compression Test Fixture wurde von der Boeing Company entwickelt (Referenz 1 bis 4). Das allgemeine Prüfverfahren ist auch in der SACMA-Empfehlungsmethode SRM 3R-94 (Referenz 2) beschrieben. Die neueste Boeing-Version der Vorrichtung, die in den Verweisen 3 und 4 beschrieben ist, wurde als ASTM-Standard D6484 (Verweis 5) übernommen.

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Abb. 2: Demontierte Vorrichtung, die die thermisch gespritzten Greifflächen zeigt

 Der Probekörper, in der Regel, aber nicht unbedingt, ein quasi-isotropes Laminat, ist 12 Zoll lang, 1,5 Zoll breit und etwa 0,1 Zoll dick und enthält in der Mitte ein Loch mit einem Durchmesser von 0,25 Zoll. Eine NASA-Norm, die in Referenz 6 beschrieben wird, schreibt eine viel breitere (5 Zoll) Probe vor und wird daher nicht häufig verwendet, da sie weniger konservativ für das geprüfte Material ist. Ein weitaus beliebteres Konkurrenzprodukt zur Boeing-Konfiguration ist die Northrop Open-Hole Compression Test Fixture (Referenz 7), Wyoming Test Fixtures Model WTF-NH. Ein detaillierter Vergleich dieser Vorrichtungen wird in Referenz 8 vorgestellt. Weitere Informationen sind in Referenz 9 zu finden.

Die Boeing Open-Hole Compression Probe wird in der in Abb. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung auf Scherung oder Druck bis zum Versagen belastet, wobei die Probe von einem Ende zum anderen der Vorrichtung reicht. Die Vorrichtung stützt den Probekörper durchgehend auf beiden Seiten ab, wobei in den versetzten V-förmigen Fugen auf beiden Seiten der Vorrichtung ein ausreichender Spalt vorgesehen ist (siehe die teilmontierte Vorrichtung in Abb. 2), so dass während der Druckbelastung des Probekörpers kein Kontakt über diese Fugen entsteht. Auf jeder Seite der Vorrichtung sind Führungsplatten vorgesehen, um die Ausrichtung der Baugruppe beizubehalten.

Die zusammengebaute Vorrichtung mit der eingebauten Probe kann an beiden Enden von hydraulischen Spannzeugen in der Prüfmaschine gegriffen werden (Scherbelastung) oder vertikal zwischen flachen Platten ausgerichtet werden (Endbelastung). Die Scherbelastung wird in der Boeing-Spezifikation bevorzugt, erfordert aber relativ große hydraulische Spannzeuge, d. h. in der Regel mindestens 2 Zoll breit und mit einer Öffnungsweite von mindestens 1,3 Zoll, wie in Abb. 3 dargestellt.

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Abb. 3 Boeing Open-Hole Compression Test Fixture eingespannt in 55 kip Hydraulikspannern

Wenn die Probe an den Enden belastet wird, kann es wünschenswert sein, eine zusätzliche Klemmkraft an den Enden der Probe bereitzustellen, um das Ausbrechen der Enden zu minimieren. In der ASTM D6484 (Referenz 5) wurden in der Überarbeitung von 2004 vier Löcher an jedem Ende des Spannzeugs für Spannbolzen hinzugefügt, wie in Abb. 4 dargestellt. Diese Löcher sind nun in das Modell WTF-OH integriert.

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Abb. 4. ASTM D6484-04 (2004) Version des Spannzeugs mit vier zusätzlichen Schraubenlöchern an jedem Ende, zum mechanischen Einspannen der Probe, wenn diese endbelastet ist.

Wenn die Vorrichtung zwischen flachen Platten belastet wird, sollte aus Sicherheitsgründen eine Art von seitlicher Begrenzung vorgesehen werden, damit die Vorrichtung nicht zwischen den Platten herausrutscht, während sie auf Druck belastet wird. Die Enden des Spannzeugs können in flache, kastenförmige Halterungen an der Prüfmaschine eingeschoben werden, wie in Abb. 5 gezeigt.

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Abb. 5. Endzwangskästen zur Verwendung bei der Endbelastung der Probe.

Eine frühe Version der Boeing Open-Hole Compression Test Fixture enthielt Aussparungen, um Dehnungsmessstreifen (DMS), die auf die Oberfläche der Probe geklebt wurden, freizugeben und um die DMS-Verkabelung herauszuführen. Diese Vorrichtung ist in Abb. 6 dargestellt. Spätere Boeing-Spezifikationen und die ASTM-Norm enthalten diese Aussparungen nicht mehr, da keine Dehnungsmessstreifen verwendet wurden.

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Bild 6. Boeing BSS 7260 Version der Druckprüfvorrichtung mit offenem Loch, mit zusätzlichen Aussparungen für Dehnungsmessstreifen, Ausrichtungsplatten mit Gewinde und maschinell aufgerauten Spannflächen. Unten ist ein standardmäßiger 12 Zoll mal 1,5 Zoll breiter Probekörper mit einem zentralen Loch von 0,25 Zoll Durchmesser abgebildet.

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Abb. 7: Kundenspezifische Boeing Open Hole Compression Test Fixture für 6 x 17 Zoll Proben

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Abb. 8: Die kundenspezifische Small Boeing Open Hole Compression Test Fixture (für 1,5 x 7,5 Zoll Proben) ist auf der linken Seite abgebildet, während auf der rechten Seite eine Standard-Vorrichtung zu sehen ist.

Quellen für zusätzliche Informationen:

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

 2) SACMA Recommended Method SRM 3R-94, "Open-Hole Compression Properties of Oriented Fiber-Resin Composites," Suppliers of Advanced Composite Materials Association, Arlington, Virginia, 1994.

 3) Boeing-Dokument Nr. D888-10026, "Test Methods for Advanced Composites", The Boeing Company, Seattle, Washington, Januar 1996.

 4) Boeing-Dokument Nr. D6-83079-71, "Test Method for Compressive Properties of Thin Composite Lamina and Laminates", The Boeing Company, Seattle, Washington, November 2003.

 5) ASTM Standard D6484/6484M-09 (2009), "Open-Hole Compressive Strength of Polymer Matrix Composite Laminates", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (Erstausgabe 1999).

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

7) Northrop-Spezifikation NAI-1504C, "Open Hole Compression Test Method", Northrop Corporation, Hawthorne, Kalifornien, Mai 1988.

8) S.L. Coguill und D.F. Adams, "A Comparison of Open-Hole Compression Fixtures by Experimental Evaluation", Proceedings of the 45th International SAMPE Symposium and Exhibition, Mai 2000.

9) D.F. Adams, "Open Hole Compression Testing"," Hochleistungs-Verbundwerkstoffe, März 2005, S. 12-13.