Prüfvorrichtung für die Festigkeit von gebogenen Balken (ASTM D6415)

Modell Nr. WTF-CL (Edelstahl)

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Abb. 1: Darstellung des Standardprüfkörpers mit Prüfvorrichtung und optionalen Adaptern.

Diese Prüfmethode kann zur Bestimmung der interlaminaren Zugfestigkeit eines unidirektionalen Verbundwerkstoffs verwendet werden. ASTM D6415 (Referenz 1) besagt, dass sie zur Bestimmung der Festigkeit eines gekrümmten Trägers aus einem endlosfaserverstärkten Verbundwerkstoff verwendet werden kann.

Die gebogene Balkenprobe besteht aus zwei geraden Schenkeln, die durch eine 90-Grad-Biegung mit einem Innenradius von 1/4 Zoll verbunden sind, wie in Abb. 1 dargestellt. Die Standardprobe ist 1 Zoll breit und kann je nach dem zu prüfenden Material und Laminat zwischen 0,1 und 0,5 Zoll dick sein. Im gekrümmten Bereich des Probekörpers wird eine Zugspannung außerhalb der Ebene (durch die Dicke) erzeugt, wenn ein Biegemoment im Probekörper entsteht, während die Drucklast aufgebracht wird.

Abb. 2 zeigt eine Vorrichtung ohne die optionalen Adapter, in der eine dickere Probe installiert ist. Die Probe wird von kugelgelagerten Zylindern mit einem Durchmesser von 3/8 Zoll gehalten und belastet. Eine 1"-14 UNF-Gewindebohrung ist sowohl oben als auch unten in der Vorrichtung vorhanden, um sie an der Basis und der Traverse der Prüfmaschine zu befestigen. Eine weitere Ansicht der Standardvorrichtung ist in Abb. 3 dargestellt, um ihre Größe besser zu verdeutlichen.

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Abb. 2: Standardprüfvorrichtung mit eingebautem Prüfling.

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Abb. 3: Standardbefestigung mit Lineal als Maßstab.

Eine Druckkraft wird wegkontrolliert aufgebracht, bis sich eine oder mehrere Delaminationen in der Probe bilden, wie in Abb. 4 dargestellt, wodurch die aufgebrachte Kraft abfällt. ASTM D6415 enthält die Gleichungen, die zur Berechnung der Probenfestigkeit erforderlich sind.

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Abb. 4: Ausgefallener Prüfling

Abb. 5 zeigt ein spezielles Prüfgerät für gekrümmte Balken, das mit einstellbaren Stütz- und Lastspannweiten konzipiert ist. In einigen anderen Normen als der ASTM sind andere Stütz- und Belastungsfeldlängen und auch andere Stütz- und Belastungszylinderdurchmesser festgelegt. Zum Beispiel variiert Airbus AITM1-0069 (Referenz 2) sowohl die Stützweite als auch den Zylinderdurchmesser in Abhängigkeit von der Probendicke, was eine einstellbare Vorrichtung fast zwingend erforderlich macht.

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Abb. 5: Spezielle Curved Beam Strength Test Fixture mit einstellbarer Probenauflage und Belastungsspannen

Gelegentlich sollen besonders breite Proben geprüft werden. Abb. 6 zeigt eine Vorrichtung mit einstellbarer Probenauflage und Belastungsspannen, mit der auch breite Proben geprüft werden können.

Obwohl es sich nicht um eine Norm handelt, wurde auch die Winkelbiegeprüfvorrichtung verwendet. Die Vorrichtung ist in Abb. 7 dargestellt.

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Abb. 6: Spezielle Breitprobenvorrichtung mit einstellbaren Belastungs- und Stützspannweiten.

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Abb. 7: Winkelbiegeprüfvorrichtung

 Jeder Schenkel der gekrümmten Balkenprobe wird in die Vorrichtung eingespannt, die dann über die auskragenden Arme auf Zug belastet wird, wodurch zusammen mit der Zuglast ein Biegemoment erzeugt wird.

Quelle für zusätzliche Informationen:

1) ASTM Standard D6415-06 (2013), "Standard Test Method for Measuring the Curved Beam Strength of a fiber-Reinforced Polymer-Matrix Composite", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (erstmals veröffentlicht 1999).

 

2) AITM1-0069, Ausgabe 2, "Determination of Curved-Beam Failure Load", Airbus S.A.S, Engineering Directorate, Blagnac, Frankreich, Dezember 2011.