Apparecchio per prove di taglio a trave corta (ASTM D2344)

Modello n. WTF-SB (acciaio inox)

IMG_2729
IMG_2737

Fig. 1: Apparecchio standard per prove di taglio a trave corta (ASTM D2344)

Nella foto in alto della Fig. 1 è mostrato un dispositivo di prova a taglio a trave corta assemblato, ma senza un provino montato in esso. Questo apparecchio è comunemente usato per testare i materiali compositi interlaminare (attraverso lo spessore) a taglio, in conformità alla norma ASTM D2344 (riferimento 1).

La norma ASTM D2344, in vigore dal 1965, raccomanda un rapporto tra lunghezza della campata e spessore del provino pari a quattro per tutti i tipi di materiali. Un tipico provino di spessore dell'ordine di 0,1 pollici verrebbe quindi testato con una lunghezza della campata di supporto di 0,4 pollici.

Per adattarsi a vari spessori di laminato, la lunghezza della campata dell'apparecchio è regolabile in continuo su tutta la gamma di lunghezze fino a circa 4,5 pollici. Sulla base sono incisi dei segni di scala che aiutano a impostare la lunghezza della campata desiderata, facendo scorrere i supporti dei campioni nelle posizioni richieste. I supporti dei campioni vengono poi bloccati in posizione con le viti a brugola indicate.

Due montanti di allineamento in acciaio temprato, ciascuno di 0,5 pollici di diametro, sono fissati nella base. La piastra superiore, contenente cuscinetti lineari, si muove liberamente verso l'alto e verso il basso su questi montanti di allineamento, mantenendo così l'allineamento tra i due supporti inferiori e il cilindro di carico superiore.

I due supporti e la testa di carico sono cilindri in acciaio temprato, ciascuno di 2,5 pollici di larghezza, tenuti in v-Le scanalature sono rese possibili da piccole molle su ciascuna estremità. Questo permette di ruotarli e di sostituirli facilmente se lo si desidera. Se non diversamente specificato, verranno forniti supporti di diametro 1/8 di pollice e una testa di carico di diametro 1/4 di pollice, come specificato nella norma ASTM D2344. Tuttavia, su richiesta, possono essere forniti supporti e teste di carico di qualsiasi altro diametro.

I fermi meccanici regolabili per centrare il provino nell'attrezzatura possono anche essere aggiunti come opzione, come mostrato sotto in Fig. 2.

IMG_2822

Fig. 2: fermi di centraggio del provino regolabili per il Apparecchio per prove di taglio a fascio corto.

Il dispositivo è progettato per poggiare senza vincoli direttamente sulla base della macchina di prova. Un carico di compressione può essere applicato dalla testa di carico della macchina di prova direttamente sulla piastra superiore del dispositivo di prova a taglio per travi corte. In alternativa, sulla piastra superiore è presente un foro filettato UNC da 0,50" - 13", come si può vedere nella fotografia superiore della Fig. 1, per montare un adattatore opzionale che a sua volta può essere collegato alla testa a croce della macchina di prova.

Grazie all'ampiezza di supporto relativamente elevata, pari a 4,5 pollici, questa attrezzatura viene spesso utilizzata anche per prove di flessione a tre punti (ASTM D790 e D7264). Con la testa di carico a quattro punti a campata regolabile opzionale, illustrata nella Fig. 3, questa attrezzatura può essere utilizzata anche per prove di flessione a quattro punti (ASTM D6272 e D7264).

IMG_2745

Fig. 3: Apparecchio combinato per la prova di taglio a trave corta con carico a tre e quattro punti, mostrato con entrambe le teste di carico a tre e quattro punti.

Tuttavia, per le prove di flessione a tre e quattro punti, se si vogliono rispettare rigorosamente le norme ASTM corrispondenti, è necessario modificare i diametri dei cilindri di carico e di supporto. La norma sul taglio delle travi corte ASTM D2344 prevede cilindri di supporto di 0,125 pollici di diametro e un cilindro di carico di 0,250 pollici di diametro, mentre le norme sulla flessione ASTM D790 e D6272 prevedono cilindri di carico e di supporto di 0,394 pollici (10 mm) di diametro e la norma ASTM D7264 prevede cilindri di 0,250 pollici di diametro. Le norme ISO, EN e altre specificano altri diametri.

Questa incoerenza tra gli standard è spiacevole, dato che i risultati dei test sono in realtà influenzati molto poco da queste variazioni relativamente piccole nel diametro del cilindro (vedi, per esempio, le referenze 2, 3, 4). Tuttavia, possiamo fornire qualsiasi diametro desiderato, e i cilindri sono facilmente intercambiabili poiché sono tenuti in posizione da molle.

L'attrezzatura a trave corta, nella configurazione di carico a tre o quattro punti, è anche usata per le prove di flessione di materiali fragili come la ceramica e i compositi a matrice ceramica quando l'articolazione dei punti di carico e di supporto non è necessaria. L'articolazione spesso non è necessaria quando questi campioni fragili sono sufficientemente piatti, ad esempio, mediante rettifica superficiale. Se la torsione del provino o altre irregolarità sono presenti in materiali fragili, può essere necessario un apparecchio per prove di resistenza alla flessione della ceramica completamente articolato come il nostro modello WTF-CF (vedi sezione D-4).

È anche disponibile un apparecchio che incorpora supporti regolabili a vite (che si muovono insieme), come mostrato in Fig. 4.

IMG_2806
IMG_2817

Fig. 4: Viste anteriore e posteriore del dispositivo di prova a taglio e/o flessione a trave corta regolabile a vite con supporti regolabili a vite (testa di carico opzionale a quattro punti a campata fissa e vari diametri alternativi di supporto/cilindro di carico mostrati in primo piano).

Possono essere fabbricate anche attrezzature di dimensioni speciali, più grandi o più piccole di quelle standard, come indicato nella Fig. 5 qui sotto.

dispositivo di prova a taglio della trave corta_6

Fig. 5: Dispositivo di prova standard per il taglio di travi corte (ASTM D2344) (a sinistra) e Compatto speciale ad ampiezza ridotta a tre/quattro punti Apparecchio per la prova di taglio (a destra).

Fonti di informazioni aggiuntive:

1) Standard ASTM D2344-13, "Short Beam Strength of Polymer Matrix Composite Materials and Their Laminates by Short-Beam Method", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (pubblicato per la prima volta nel 1965).

 2) D.F. Adams e E.Q. Lewis, "Studio sperimentale di provini di taglio a tre e quattro punti". Giornale della tecnologia e della ricerca sui materiali compositi, Vol. 17, No. 4, Ottobre 1995, pp. 341-349.

3) E.Q. Lewis e D.F. Adams, "An Evaluation of Composite Material Shear Test Methods," Rapporto UW-CMRG-R-91-103, Composite Materials Research Group, University of Wyoming, Laramie, Wyoming, maggio 1991.

4) D.F. Adams e J.M. Busse, "Modifiche suggerite del metodo di prova a taglio di travi corte", Atti del 49il Simposio internazionale SAMPE, Long Beach, CA, maggio 2004.