Vorrichtungen zur Prüfung der Tragfähigkeit von Laminaten (ASTM D5961, Verfahren A, C, D)

Modell Nr. WTF-LB-D5961 (A, C, oder D) (Edelstahl)

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Abb. 1: ASTM D5961 Vorrichtungskonfigurationen A (oben Mitte), B (rechts), C (links), D (unten Mitte).

Die ASTM-Norm D5961 (Referenz 1) umfasst vier verschiedene Laminatlager-Prüfverfahren, die als Verfahren A, B, C und D bezeichnet werden und in Abb. 1 dargestellt sind. Verfahren B ist eigentlich eine Probenhalterung und wird auf einer eigenen Seite dieser Website beschrieben. Bei den anderen drei Verfahren handelt es sich um Stiftlager-Vorrichtungen, wie sie hier beschrieben werden.

VERFAHREN A: ZUGBELASTUNG MIT DOPPELTER SCHUBKRAFT

Verfahren A in ASTM D5961 ist für die Prüfung von Verbundwerkstofflaminaten bei doppelter Scherung vorgesehen. Das bedeutet, dass der Stift in der Vorrichtung versucht, ein Segment der Verbundwerkstoff-Laminatprobe abzuscheren, indem er zwei Scherebenen im Stift erzeugt. Der Standardprüfkörper ist 5,5 Zoll lang und 1,5 Zoll breit, mit einer spezifizierten Dicke im Bereich von 0,125 Zoll bis 0,208 Zoll. Es wird ein Stift oder ein Befestigungselement mit einem Durchmesser von 1/4 Zoll verwendet.

Diese einfache Prüfvorrichtung ist in Abb. 2 dargestellt. Die beiden Hälften der Vorrichtung sind durch einen Abstandshalter (nicht mitgeliefert) getrennt, der die gleiche Dicke hat wie die zu prüfende Probe. Natürlich kann auch ein Stück desselben Prüfmaterials als Abstandshalter verwendet werden, falls gewünscht. Der Prüfling wird am anderen Ende der Vorrichtung mit dem mitgelieferten 1/4-Zoll-Durchmesser-Stift aus gehärtetem Stahl oder, falls gewünscht, mit einem leichten Anzugsmoment (20-30 in-lb) befestigt. Da sich an der Stiftbohrung ein erhabener Vorsprung befindet, ist das gegenüberliegende Ende des Spannzeugs um den gleichen Betrag dicker, so dass die Probe beim Einspannen gleichmäßig unterstützt wird.

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Abb. 2: Standard ASTM D5961 Procedure A Fixture, links montiert und rechts demontiert.

Das Ende des Spannzeugs mit dem Abstandshalter wird in einem Standard-Zugkeil eingespannt. Jede Hälfte des Spannzeugs ist 0,2 Zoll dick; daher muss dieser Spannzeug einen Öffnungsbereich haben, der 0,4 Zoll plus die Dicke des Abstandshalters (der Probe) aufnehmen kann. Das freie Ende des Probekörpers wird in einem zweiten Zugkeilspannzeug gehalten.

Es wird eine Zuglast aufgebracht, bis eine maximale Belastung erreicht ist, wobei sowohl die aufgebrachte Kraft als auch die Lochverformung überwacht werden, wie in der ASTM-Norm beschrieben.

Manchmal hat der Kunde die Anforderung, nicht genormte Probengrößen zu prüfen, so dass Wyoming Test Fixtures, Inc. eine spezielle Prüfvorrichtung konstruieren und anfertigen muss. Ein Beispiel ist in Abb. 3 dargestellt.

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Abb. 3: Standard ASTM D5961 Procedure A Fixture (links) und spezielles, großformatiges Fixture mit einem Stift mit 1/2 Zoll Durchmesser (rechts).

Eine alternative Version der in den Abbildungen 1 und 2 gezeigten Prüfvorrichtung, die ebenfalls alle Anforderungen der ASTM D5961 erfüllt, ist die so genannte SACMA-Prüfvorrichtung (siehe Abschnitt H-2 dieses Katalogs und Referenz 2). Wie in Abschnitt H-2 beschrieben, ist die SACMA-Prüfvorrichtung wesentlich einfacher zu handhaben, da der Probenhalter aus einem Stück besteht und mit verstellbaren Buchsen versehen ist, um Variationen der Probendicke auszugleichen.

VERFAHREN C: EINSEITIGE SCHUBBELASTUNG, ZUGBELASTUNG

Verfahren C der ASTM D5961 belastet die Laminatlagerprobe in einfacher Scherung. Das heißt, eine einzelne Scherebene wird im Belastungsstift entwickelt, wenn die Zuglast aufgebracht wird. Die Prüfvorrichtung ist in Abb. 4 dargestellt.

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Abb. 4: Standard ASTM D5961 Verfahren C Halterung

Die Probe wird auf die rechte Fläche der Prüfvorrichtung gelegt, wobei das Loch im Ende der Probe mit dem in der Vorrichtung gezeigten Loch ausgerichtet wird, und ein Befestigungselement wird eingeführt und leicht angezogen. Es kann auch ein Stift verwendet werden. Die flache Lasche am oberen Ende der Prüfvorrichtung wird mit einem Keilspannzeug gegriffen und eine Zugkraft auf das untere Ende der Probe ausgeübt. Die maximal erreichte Kraft und die Verformung der Bohrung in der Probe werden aufgezeichnet.

PROZEDUR D: DOPPELSCHERUNG, DRUCKBELASTUNG

 
Verfahren D der ASTM D5961 belastet die Laminatlagerprobe in doppelter Scherung durch ein eng toleriertes, leicht angezogenes Befestigungselement (oder einen Stift). Die Halterung ist in Abb. 5 dargestellt.

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Abb. 5: Laminat-Lagerprüfvorrichtung Verfahren D (ASTM D5961)

Die beiden unteren Teile der Vorrichtung werden auseinandergespreizt, um das Einsetzen der 1,50 Zoll breiten laminierten Verbundwerkstoffprobe zu ermöglichen, wobei das Loch mit einem Durchmesser von 1/4 Zoll nahe dem Ende der Probe mit den Löchern in der Vorrichtung ausgerichtet wird. Ein Stift oder ein Befestigungselement wird in das Loch eingeführt, wobei das Befestigungselement wie gewünscht angezogen wird. Das obere Ende der Vorrichtung wird ebenso wie das untere Ende des Probekörpers in einem Spannzeug gehalten. Der Probekörper wird so kurz gehalten, dass ein Ausknicken vermieden wird. In der ASTM D5961 ist eine 5,5 Zoll lange Probe angegeben. Die aufgebrachte Druckbelastung führt zu einer doppelten Scherung sowohl in der Probe als auch in dem belastenden Befestigungselement (oder Stift). Die Bruchlast und die Lochverformung werden gemessen.

Quelle für zusätzliche Informationen:

1) ASTM Standard D5961/D5961M-13 (2013), "Bearing Response of Polymer Matrix Composite Laminates", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (erstmals 1996 veröffentlicht).

2) SACMA Recommended Method SRM 9-89, "Bearing Strength Properties of Oriented Fiber-Resin Composites", Suppliers of Advanced Composite Materials Association, Arlington, Virginia, 1989 (inzwischen eingestellt).