Iosipescu Scherprüfvorrichtung (ASTM D5379)

Modell Nr. WTF-IO (Edelstahl)

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Abb. 1: ASTM Standard D5379 Iosipescu Scherprüfvorrichtung, dargestellt mit optionalem Adapter

Die Iosipescu-Scherprüfvorrichtung wurde in den späten 1970er und frühen 1980er Jahren von der Forschungsgruppe für Verbundwerkstoffe an der Universität von Wyoming aktiv für die Verwendung mit Verbundwerkstoffen entwickelt. Seitdem wurde eine große Anzahl von Vorrichtungen an Forschungsgruppen in der ganzen Welt geliefert, und die Prüfmethode ist heute weit verbreitet. Die ASTM-Norm D5379, die das Prüfverfahren regelt, wurde erstmals 1993 veröffentlicht (Referenz 1). In dieser Norm werden allgemeine Prüfverfahren beschrieben. Darüber hinaus finden sich in den hier aufgeführten Referenzen zahlreiche zusätzliche Erläuterungen zu den typischerweise erzielten Ergebnissen.

Der Standardprüfkörper (wie in der Vorderansicht von Abb. 1 zu sehen) ist 3 Zoll lang, 0,75 Zoll breit und hat eine Dicke von bis zu 0,50 Zoll. In der Regel wird eine Probe in der Größenordnung von 0,1 Zoll Dicke verwendet. Auf Wunsch kann die Vorrichtung auch für kürzere und schmalere Proben verwendet werden. In jede Kante der Probe wird eine 90°-Kerbe gefräst, und ein Dehnungsmessstreifen kann auf der Probenoberfläche im gekerbten Bereich angebracht werden, um die Scherdehnung zu überwachen. Es kann entweder ein biaxialer ±45°-StandarddMS oder ein spezieller Iosipescu lehre wird üblicherweise verwendet. Die Stange mit kleinem Durchmesser, die unterhalb der unteren Kerbe im Prüfling aus der Vorrichtung herausragt (Vorderansicht in Abb. 1), wird beim Einsetzen eines Prüflings mit einem Finger angehoben, um den Prüfling von links nach rechts zu zentrieren. Der Prüfling wird gegen die flache Rückseite der Vorrichtung geschoben, um ihn vorwärts und rückwärts zu positionieren. Die kegelförmigen Keile sind nicht als Klemmen gedacht; sie werden mit Fingerknöpfen eingestellt, um Proben mit leicht variierenden Breiten aufzunehmen. Es können auch Keile mit anderer Dicke verwendet werden, um Proben außerhalb dieses kleinen Bereichs von Dickenvariationen aufzunehmen.

Die bewegliche Hälfte der Vorrichtung enthält eine lineare Kugelbuchse (siehe Foto der Rückansicht in Abb. 1), die sich auf einem vertikalen Pfosten aus gehärtetem Stahl bewegt, der in der Basis der Vorrichtung montiert ist. Diese Kugellagerung eliminiert die Bindung der Führungsstange und minimiert den Reibungswiderstand. Die Passgenauigkeit des Lagers kann über die Schraube und die Kontermutter eingestellt werden, die auf der Rückseite der beweglichen Hälfte der Vorrichtung sichtbar sind.

Bei der Verwendung ruht die Vorrichtung frei direkt auf dem Sockel der Prüfmaschine. Ein standardmäßiger Bolzen mit einem Durchmesser von 1,25 Zoll mit Sicherungsring und einer Querstiftbohrung mit einem Durchmesser von 0,50 Zoll, der in die bewegliche Hälfte der Vorrichtung eingeschraubt wird, kann zusammen mit der Vorrichtung erworben werden, wie auf der Vorrichtung in Standardgröße in Abb. 2 dargestellt. Erforderlicher Spezialadapter zum Anhängen dieser Bolzen auf die jeweils verwendete Prüfmaschine, wie z. B. die Standard Instron Typ Df Adapter (Abb. 1), kann als Option gegen einen geringen Aufpreis geliefert werden. Der Adapter wird auf den Bolzen gesteckt und mit dem mitgelieferten Sicherungsring gesichert.

Ein Beispiel für eine spezielle Vorrichtung ist in Abb. 2 dargestellt. Die kleine Vorrichtung auf der linken Seite ist im Wesentlichen ein Modell der Standardvorrichtung in einem Viertelmaßstab, das für die Prüfung einer Probe von nur 20 mm Länge, 5 mm Breite und bis zu 5 mm Dicke ausgelegt ist. Zum Vergleich ist rechts ein Prüfgerät in Standardgröße abgebildet. Für Kunden wurden auch spezielle Vorrichtungen hergestellt, die größer als der Standard sind.

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Abb. 2: Viertel-Skala Iosipescu Scherhalterung (links) und Standardbefestigung (rechts)

Abb. 3 zeigt eine spezielle Halterung für Hochtemperaturtests. Diese Halterung ist aus Nickel gefertigt Superlegierung für den Einsatz bei Temperaturen bis zu 1500ºF (815ºC). Da es keine Kugelbuchsen gibt, die für diese hohen Temperaturen geeignet sind, bewegt sich die rechte Hälfte der Vorrichtung auf einem eng anliegenden Ausrichtungsstift mit großem Durchmesser. Da diese Vorrichtung normalerweise in einem Hochtemperaturofen verwendet wird, enthält die Basis der Vorrichtung ein Gewindeloch (kaum sichtbar) zur Befestigung an einer Tragsäule, und oben ist ein Gewindebolzen zur Befestigung vorgesehen.

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Abb. 3: Nickel Superlegierung Iosipescu Schertestvorrichtung für den Einsatz bis 1500°F (815°C)

Quellen für zusätzliche Informationen:

1) ASTM Standard D5379-12, "Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by the V-Notched Beam Method", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (erstmals veröffentlicht im Mai 1993).

2) N. Iosipescu, "New Accurate Procedure for Single Shear Testing of Metals," Zeitschrift für Materialien, Vol. 2, Nr. 3, September 1967, S. 537-566.

3) D.E. Walrath und D.F. Adams, "The Iosipescu Shear Test as Applied to Composite Materials,"Experimentelle Mechanik, Vol. 23, No. 1, März 1983, pp. 105-110.

4) D.F. Adams und D.E. Walrath, "Current Status of the Iosipescu Shear Test Method," Zeitschrift für Verbundwerkstoffe, Vol. 21, Juni 1987, S. 484-505.

5) D.F. Adams und D.E. Walrath, "Further Development of the Iosipescu Shear Test Method,"Experimentelle Mechanik, Vol. 27, No. 2, Juni 1987, pp. 113-119.

6) D.F. Adams, "The Iosipescu Shear Test Method as Used for Testing Polymers and Composite Materials," Polymer-Verbundwerkstoffe, Vol. 11, No. 5, Oktober 1990, pp. 286-290.

7) D.F. Adams und E.Q. Lewis, "Experimental Strain Analysis of the Iosipescu Shear Test Specimen," Experimentelle Mechanik, Vol. 35, No. 4, Dezember 1995, pp. 352-360.