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

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

IMG_3131

Abb. 1: ASTM D 5961 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 Verbundlaminaten im Doppelscherverfahren vorgesehen. Das heißt, der Stift in der Vorrichtung versucht, ein Segment des Verbundlaminat-Prüfkörpers abzuscheren, indem er zwei Scherebenen im Stift erzeugt. Der Standardprüfkörper ist 5,5" lang und 1,5" breit, mit einer spezifizierten Dicke im Bereich von 0,125" bis 0,208". Es wird ein Stift oder ein Befestigungselement mit einem Durchmesser von 1/4" verwendet.

Dieser einfache Prüfadapter ist in Abb. 2 dargestellt. Die beiden Hälften der Vorrichtung sind durch ein Distanzstück (nicht mitgeliefert) getrennt, das die gleiche Dicke wie der zu prüfende Prüfling hat. 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"-Durchmesser-Stift aus gehärtetem Stahl oder, falls gewünscht, mit einem leichten Anzugsmoment (20-30 in-lb) fixiert. Da an der Stiftbohrung ein erhöhter Vorsprung vorhanden ist, ist das gegenüberliegende Ende der Vorrichtung um den gleichen Betrag dicker, so dass der Prüfling beim Einspannen gleichmäßig unterstützt wird.

IMG_3133

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

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

Laminat-Tragfähigkeitsprüfvorrichtungen_2

Abb. 3: Standard ASTM D5961 Procedure A Fixture (links) und spezielles großformatiges Fixture mit 1/2"-Durchmesserstift (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.

IMG_3140

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.

IMG_3141

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

Die beiden unteren Teile der Vorrichtung werden auseinandergespreizt, um die 1,50" breite laminierte Verbundwerkstoffprobe einführen zu können, wobei das Loch mit einem Durchmesser von 1/4" nahe dem Ende der Probe mit den Löchern in der Vorrichtung ausgerichtet wird. Ein Stift oder ein Befestigungselement wird in das Loch eingesetzt, wobei das Befestigungselement wie gewünscht angezogen wird. Das obere Ende der Vorrichtung wird in einem Spannzeug gehalten, ebenso wie das untere Ende des Prüflings. Die Probe wird kurz genug gehalten, um ein Ausknicken zu vermeiden. In der ASTM D5961 ist eine 5,5" lange Probe angegeben. Die angewandte Druckbelastung induziert eine doppelte Scherung sowohl in der Probe als auch im 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).