Wyoming Kombinierte Belastungs-Druckprüfvorrichtung (ASTM D6641)
Modell Nr. WTF-EL (Edelstahl)
Abb. 1: Zusammengebaute Wyoming Combined Loading Compression Test Fixture mit installierter Probe.
Die Wyoming Combined Loading Compression (CLC) Test Fixture, die ursprünglich an der Universität von Wyoming entwickelt wurde (Referenzen 1 bis 3), wurde 2001 zur ASTM-Norm D6641 (Referenz 4).
Die CLC-Vorrichtung besteht aus zwei Paaren von Stahlblöcken, wobei jedes Paar mit vier Schrauben zusammengeklemmt wird, wie in Abb. 1 dargestellt. Im eingebauten Zustand sind die Enden der 5,5" langen Probe bündig mit den Enden der Blöcke. Die 1,2" breiten Einspannflächen der Blöcke sind für die Prüfung von Proben bis zu einer Breite von nominal 1" vorgesehen.
Abb. 2: Teilweise demontierte Vorrichtung, die die mit Hartmetallpartikeln beschichteten Greifflächen zeigt.
Diese Spannflächen sind, wie in Abb. 2 dargestellt, mit Wolframkarbidpartikeln beschichtet, um die Reibungskraft zu erhöhen und damit eine höhere Scherkraftübertragung in die Probe zu ermöglichen. Und da diese Oberflächen relativ glatt sind (100er Körnung), beschädigen sie die Oberfläche der Probe nicht. Dies ermöglicht in vielen Anwendungen die Verwendung von unbearbeiteten Proben, was einen großen Vorteil in Bezug auf die Kosten für die Probenherstellung darstellt.
Durch die Einstellung des Schraubendrehmoments kann das Verhältnis von End- zu Scherbelastung der Probe gesteuert werden, d.h. es kann eine kombinierte Belastung erreicht werden. Dies ermöglicht die erfolgreiche Prüfung von stärkeren Materialien als bei einer reinen Endbelastung (Vermeidung von Endquetschungen) und einer geringeren Spannkraft als bei einer reinen Scherbelastung (geringere spannungsinduzierte Konzentrationen) der Probe.
Die Einspannblöcke verhindern auch ein grobes Ausknicken der Probe. Zwei linear gelagerte Ausrichtstangen halten das obere und untere Blockpaar in einer Linie, wobei die Linearlager eine Reibung der Ausrichtstangen verhindern. Die kreisförmige Aussparung auf einer Seite bietet Platz für einen an der Kante befestigten Dehnungsaufnehmer, falls dieser verwendet wird. Alternativ können auch geklebte Dehnungsmessstreifen auf einer oder beiden Seiten der Probe verwendet werden.
Der zusammengebaute Prüfadapter mit installierter Probe wird unverspannt auf einer ebenen Unterlage der Prüfmaschine platziert und direkt auf seiner Oberseite durch eine in der Traverse der Prüfmaschine montierte flache Platte belastet.
Die Wyoming Combined Loading Compression (CLC) Test Fixture ist für die Aufnahme von 5,5" langen Proben mit oder ohne Laschen ausgelegt. Dies ist die gleiche Länge, die üblicherweise bei der IITRI-Prüfmethode für eingelegte Proben (ASTM D3410) verwendet wird. Die Messlänge (der Abstand zwischen den Einspannblöcken) ist mit 0,50" ebenfalls identisch. Die CLC-Vorrichtung kann zur Prüfung von Proben mit nicht genormten Messlängen verwendet werden, indem einfach die Gesamtlänge der Probe geändert wird. Diese Vorrichtung ist mit einem Gewicht von 10,6 lb relativ kompakt.
Die CLC-Prüfmethode hat sich als absolut geeignet für Druckprüfungen erwiesen unabgetastet Proben aus Materialien mittlerer Festigkeit, z. B. Verbundwerkstoffe mit Druckfestigkeiten bis zu etwa 150 ksiDazu gehören Kreuzlagen- und quasi-isotrope Laminate, Faserverbundwerkstoffe, zufällig geschnittene Faserverbundwerkstoffe und andere Materialien mit ähnlicher oder geringerer Festigkeit. In solchen Fällen hat sich gezeigt, dass die CLC-Prüfvorrichtung Druckfestigkeits- und Modulwerte erzeugt, die den Werten entsprechen, die mit Laschenproben und komplexeren und teureren Prüfvorrichtungen wie der IITRI-, der modifizierten Wyoming-IITRI-, der Celanese- und der modifizierten Wyoming-Celanese-Konfiguration erzielt werden (Referenzen 1 bis 3).
Es können auch Nicht-Standard-Vorrichtungen entworfen und hergestellt werden. In Abb. 3 wird beispielsweise die Standardvorrichtung (links) mit einer Vorrichtung verglichen, die für die Aufnahme von Proben mit der gleichen Länge (5,5"), aber einer Breite von bis zu 2,5" ausgelegt ist.
Abb. 3: ASTM D 6641 Standardhalterung (links) und spezielle 2,5"-Probenbreite Halterung (rechts).
Abb. 4 zeigt eine verkleinerte Vorrichtung, die für die Prüfung von Proben mit einer Länge von nur 2,5" und einer Breite von bis zu 0,5" ausgelegt ist, mit einer Standardvorrichtung im Hintergrund zum Vergleich.
Abb. 4: Im Vordergrund ist eine spezielle, verkleinerte Vorrichtung zu sehen (demontiert), mit einer Standardbefestigung im Hintergrund.
Drei unterschiedlich große CLC-Halterungen sind in Abb. 5 als Beispiele für manchmal verwendete Größenvariationen dargestellt. Wir haben noch größere und kleinere CLC-Halterungen entworfen und hergestellt.
Abb. 5: Drei unterschiedlich große kombinierte Belastungs-Druckprüfvorrichtungen, in der Mitte die Vorrichtung in Standardgröße.
Links in Abb. 6 ist eine spezielle CLC-Vorrichtung mit vier Ausrichtstangen und Linearlagern teilweise demontiert dargestellt. Rechts ist eine teilweise demontierte Standardhalterung zu sehen. Mit zunehmendem Interesse an der Verwendung von DIC-Techniken (Digital Image Correlation) zur Ermittlung von Vollfeldverschiebungen der Oberfläche des Prüflings ist es erforderlich, dass das Messgerät die Oberfläche des Prüflings betrachten kann. Die zwei Ausrichtungsstangen der Standardvorrichtung blockieren diese Sicht. Durch die Verwendung von vier Ausrichtstäben steht eine Sichtlinie zwischen den Stabpaaren zur Verfügung, wobei die Symmetrie der Vorrichtung erhalten bleibt.
Abb. 6: Links ist eine spezielle Combined Loading Compression (CLC)-Prüfvorrichtung mit vier Ausrichtungsstangen zu sehen, rechts eine Standardvorrichtung.
Eine weitere Ansicht der Spezialvorrichtung mit vier Ausrichtungsstäben aus Abb. 6 ist im Hintergrund von Abb. 7 vollständig demontiert dargestellt, zusammen mit den Abstandsleisten und einer Schieberleiste für die Installation von 1/2" und 1" breiten Proben. Im Hintergrund ist eine komplett montierte Vorrichtung zusammen mit einer Standardvorrichtung zu sehen. Diese spezielle Vorrichtung wiegt mit 20 lb etwa doppelt so viel wie die Standardvorrichtung und kann Proben mit einer Breite von bis zu 2,5" aufnehmen, falls gewünscht. Der Freiraum zwischen den Ausrichtungsstäben beträgt etwas mehr als 1,2".
Abb. 7: Die CLC-Spezialvorrichtung mit vier Ausrichtstäben ist im Vordergrund komplett demontiert dargestellt. Im Hintergrund sind eine montierte Halterung und eine Standardhalterung zu sehen.
Die Spannflächen der Hartmetallpartikel in den oben genannten Vorrichtungen werden nach längerem Gebrauch (typischerweise nach vielen hundert Probenprüfungen) abgenutzt und müssen möglicherweise neu beschichtet werden. Mit fortschreitender Abnutzung werden immer höhere Schraubendrehmomente erforderlich, um gleichwertige Ergebnisse zu erzielen. Ein extremes Beispiel für Oberflächenverschleiß ist in Abb. 8 dargestellt. Normalerweise wird die Vorrichtung bis zu diesem Punkt nicht weiter verwendet. Die ursprüngliche Beschichtung kann abgeschliffen und die Vorrichtung neu beschichtet werden, so dass sie ihre ursprüngliche Funktion wiedererlangt. Zustand.
Abb. 8: Beispiel einer gut genutzten kombinierten Belastungs-Druckprüfvorrichtung in Standardgröße. Das durch eine ½" breite Probe verursachte Verschleißmuster der Hartmetallpartikel-Klemmflächen kann seen, mit excessive Verschleiß an den Enden in der Nähe des Probenmessbereichs.
Quellen für zusätzliche Informationen:
1) D.F. Adams und J.S. Welsh, "The Wyoming Combined Loading Compression (CLC) Test Method,"Journal of Composites Technology and Research, Vol. 19, No. 3, 1997, pp. 123-133.
2) P.M. Wegner und D.F. Adams, "Verification of the Combined Load Compression (CLC) Test Method", Bericht Nr. DOT/FAA/AR-00/26, Federal Aviation Administration Technical Center, Atlantic City, New Jersey, August 2000.
3) J.S. Welsh und D.F. Adams, "Current Status of Compression Test Methods for Composite Materials," SAMPE-Journal, Vol. 33, No. 1, Januar 1997, pp. 35-43.
4) ASTM Standard D 6641-09 (2009), "Test Method for Determining the Compressive Properties of Polymer Matrix Composite Laminates Using a Combined Loading Compression (CLC) Test Fixture", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (erstmals 2001 veröffentlicht).
5) D.F. Adams und G.A. Finley, "Experimental Study of Thickness-Tapered Unidirectional Composite Compression Specimens," Experimentelle Mechanik, Vol 36, No. 4, Dezember 1996, pp. 348-355.
6) S.L. Coguill und D.F. Adams, "Use of the Wyoming Combined Loading Compression (CLC) Fixture to Test Unidirectional Composites", Proceedings of the 44th International SAMPE Symposium, Long Beach, Kalifornien, Mai 1999, S. 2322-2331.
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