Scherprüfvorrichtung für V-Kerbschienen (ASTM D7078)

Modell Nr. WTF-NR (Edelstahl)

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Abb. 1: V-gekerbte Schienenscherprüfvorrichtung mit einer Standard-V-gekerbten Probe (oben Mitte).

Die ASTM D7078 Standard V-Kerbschienenprobe ist 3,0 Zoll lang (wie die Iosipescu-Standardprobe), aber 2,20 Zoll breit (im Gegensatz zu 0,75 Zoll für die ASTM D5379 Iosipescu-Standardprobe), was zu einem viel größeren Messquerschnitt zwischen den Kerben führt (1,20 Zoll breit im Vergleich zu 0,45 Zoll). Das Verhältnis von Kerbtiefe zu -breite von 0,227 entspricht dem Verhältnis von 0,200 bei der Iosipescu-Normprobe, wodurch die Geometrie des Messquerschnitts erhalten bleibt.

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Abb. 2: V-gekerbte Schienen-Scherprüfvorrichtung (ASTM D7078).

Eine Länge von 1,0 Zoll an jedem Ende der Probe wird von der Prüfvorrichtung eingespannt. Das heißt, die Probe wird bis zu den Kerben geklemmt, so dass ein nicht geklemmter Bereich der Probe von 1,0 Zoll zwischen den Klemmen freiliegt. Das Spannzeug wird mit Gewindebohrungen in jeder Hälfte des Spannzeugs zur Verbindung mit der Prüfmaschine geliefert. Optionale Adapter, wie z.B. der Standardbolzen mit einem Durchmesser von 1,25 Zoll und einer Querbohrung mit einem Durchmesser von 0,50 Zoll (Instron Typ Dm), wie in Abb. 1-3 dargestellt, kann für die Prüfmaschine des Kunden geliefert werden.

In den Abbildungen 1 und 2 ist links in der unteren Spannvorrichtung eine Aussparung zu sehen. Diese Aussparung ermöglicht den Einbau der Probe, ohne dass die Vorrichtung aus der Prüfmaschine entfernt werden muss, was manchmal wünschenswert ist, z. B. bei Prüfungen bei erhöhten Temperaturen oder bei Tiefsttemperaturen.

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Abb. 3: Montierte V-Kerbschienen-Schubversuchsvorrichtung.

Zu jeder Vorrichtung gehört ein Paar Abstandshalter (Jigs), die in Abb. 4 dargestellt sind. Diese Vorrichtungen sind auch in Abb. 1 ganz links zu sehen. Sie dienen zur Zentrierung der Probenkerben zwischen den Schienen während des Einbaus und haben sich bei den Anwendern dieses Prüfgeräts als sehr hilfreich erwiesen. Nach Abschluss der Probenmontage werden die Montagevorrichtungen entfernt.

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Abb. 4: Verwendung von Abstandshaltern (Lehren) zur Zentrierung des Probekörpers.

Es können auch spezielle V-Kerbschienenscherenvorrichtungen konstruiert und hergestellt werden. Abb. 5 zeigt eine speziell konstruierte, verstellbare Profilscherenvorrichtung. Nicht verstellbare Vorrichtungen für nicht genormte (feste) Teilungsbreiten können ebenfalls hergestellt werden.

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Abb. 5: Spezieller verstellbarer Prüfadapter für die Prüfung von Proben mit variabler (vergrößerter) Querschnittsbreite.

Die in Abb. 6 gezeigte kombinierte V-Kerbschienen-Scherprüfvorrichtung wurde hergestellt, indem die Höhe des Probenhohlraums so bearbeitet wurde, dass sie der Probenbreite (2,20") entspricht. Die Tiefe des Hohlraums in jeder Vorrichtungshälfte wurde ebenfalls auf 2,0 Zoll vergrößert und die Länge der V-gekerbten Probe wurde von 3,0 Zoll auf 5,0 Zoll erhöht. Wenn die Probe belastet wird und versucht, in der Vorrichtung zu verrutschen und sich somit zu drehen, werden die Kanten der Probe belastet, genau wie bei der standardmäßigen ASTM D5379 Iosipescu-Scherprobe. Das heißt, es wird eine kombinierte Kanten- und Flächenbelastung der Probe erreicht, d. h. Combined Loading Shear (CLS). Zu beachten ist auch, dass das Gehäuse des Spannzeugs viel schwerer ist und auf jeder Seite vier Schrauben mit größerem Durchmesser verwendet werden als die drei Schrauben im Standardspannzeug. Der Nachteil dieser Spannvorrichtung besteht darin, dass die Breite der Probe genau bearbeitet werden muss, damit sie genau in die Öffnung der Spannvorrichtung passt.

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Abb. 6: Kombinierte Scherbelastungsvorrichtung (CLS) (links) mit der Standard-V-Kerbschienen-Scherprüfvorrichtung (rechts).

Als Alternative wurde eine einstellbare kombinierte V-Kerbschienen-Scherprüfvorrichtung entwickelt. Dieses Spannzeug ist in Abb. 7 im Vergleich zum Standard-V-Kerbschienen-Scherprüfzeug dargestellt. Man beachte, dass die Tiefe des Hohlraums, in den die Probe eingespannt wird, bei der kombinierten Scherprüfvorrichtung (links) von 1 Zoll auf 2 Zoll vergrößert wurde, um eine größere Oberfläche und einen größeren Randabstand für die Probenbelastung zu erhalten. Während die standardmäßige V-Kerbschienen-Scherprobe, wie oben in Abb. 5 gezeigt, 3 Zoll x 2,2 Zoll groß ist, hat die kombinierte Scherprobe eine Größe von 5 Zoll x 2,2 Zoll. Die Größe und Form des zentralen gekerbten Prüfabschnitts der Probe ist jedoch bei beiden Prüfkonfigurationen gleich.

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Abb. 7: Einstellbare Scherprüfvorrichtung für kombinierte Belastung (CLS) (links), dargestellt mit der standardmäßigen Scherprüfvorrichtung für V-Kerbschienen (rechts).

Die einstellbare Scherprüfvorrichtung für kombinierte Belastung ist in Abb. 8 teilweise zerlegt dargestellt. Eine flache Platte liegt an der Kante der Probe an und wird von einer Schraube gegen die Probe gehalten. Diese Schraube kann verwendet werden, um die Breite der Probe einzustellen oder um eine Vorspannung auf die Kanten der Probe auszuüben.

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Abb.8: Einstellbare Combined Loading Shear (CLS)-Prüfvorrichtungen mit einer demontierten Hälfte auf der linken Seite.

Quellen für zusätzliche Informationen:

1) ASTM Standard D7078-05 (2005), "Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by the V-Notched Rail Shear Method", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (zuerst veröffentlicht im April 2005).

2) Adams, D. O., Moriarty, J. M., Gallegos, A. M., und Adams, D. F., "Development and Evaluation of the V-Notched Rail Shear Test for Composite Laminates", Federal Aviation Administration Report DOT/FAA/AR-03/63, FAA Office of Aviation Research, Washington, D.C., September, 2003.

3) Hussain, A. K. und Adams, D. F., "An Analytical and Experimental Evaluation of the Two-Rail Shear Test for Composite Materials," University of Wyoming Composite Materials Research Group Report UW-CMRG-R-98-105, Februar 1998.

4) Adams, D. O., Moriarty, J. M., Gallegos, A. M., und Adams, D. F., "The V-Notched Rail Shear Test," Zeitschrift für Verbundwerkstoffe, Vol. 41, No. 3, Februar 2007, pp. 281-297.

5) Adams, D.O., Gallegos, A.M, Moriarty, J.M., und Adams, D.F., "A V-Notched Rail Shear Test for Composite Laminates," Proceedings of the 2002 SEM Annual Conference, Milwaukee, WI, June 2002.

6) Adams, D.O., Moriarty, J.M., Gallegos, A.M., und Adams, D.F., "Development and Evaluation of a V-Notched "Rail Shear Test," Proceedings of the 2002 SAMPE Technical Conference, Baltimore, MD, November 2002.

7) Hussain, A.K., und Adams, D.F., "The Wyoming-Modified Two-Rail Shear Test Fixture for Composite Materials," Journal of Composites Technology and Research, Vol. 21, No. 4, Oktober 1999, pp. 215-223.

8) Hussain, A.K., und Adams, D.F., "Experimental Evaluation of the Wyoming-Modified Two-Rail Shear Test Method for Composite Materials," Experimentelle Mechanik, Vol. 44, No. 4, August 2004, pp. 354-364.

9) Hussain, A.K., und Adams, D.F., "Analytical Evaluation of the Two-Rail Shear Test Method for Composite Materials," Wissenschaft und Technologie der Verbundwerkstoffe, Vol. 64, 2004, S. 221-238.