Apparecchiature per prove di compressione
I metodi di prova di compressione possono essere classificati in base al metodo di introduzione del carico nel provino: carico laterale, carico finale o carico combinato. Per i materiali compositi, i metodi di prova standardizzati sono comunemente usati da ciascuna di queste tre categorie. Vengono inoltre mostrati ulteriori metodi di prova e accessori utilizzati nelle prove di compressione dei materiali compositi, dei compositi sandwich e di altri materiali.
Tipi specializzati di prove di compressione sono anche comunemente eseguiti per determinare la sensibilità all'intaglio e la tolleranza ai danni dei materiali compositi. Sono incluse anche le attrezzature di prova per questi tipi specializzati di prove di compressione.
Apparecchiature standard
Il Wyoming Combined Loading Compression Test Fixture è il metodo preferito per le prove di compressione. Utilizzando sia il carico di fine corsa che quello di taglio, i materiali di resistenza moderata possono essere testati senza essere sottoposti a prove con una preparazione minima del provino. Un design relativamente compatto permette una prova più facile in ambienti non ambientali.
B-2: Dispositivo di prova ASTM D695 modificato
Boeing BSS 7260
Pur non essendo uno standard ASTM, questo metodo di prova a carico finale è ampiamente utilizzato nella comunità dei materiali compositi. La resistenza alla compressione e il modulo possono essere testati, ma richiedono prove separate. Quando si esegue la prova di resistenza, per evitare lo schiacciamento dell'estremità, è necessario contrassegnare il provino con una linguetta.
L'apparecchiatura IITRI testa un provino a linguetta e a lato rettilineo mediante carico di taglio. È possibile testare campioni di spessore fino a 15 mm e 38 mm per verificare la resistenza, il modulo e il rapporto di Poisson. Tuttavia, l'attrezzatura è robusta per ospitare blocchi di carico del peso di 95 lb/43 kg.
B-4:Wyoming Dispositivo di prova IITRI modificato
Modello No. WTF-WI
Simile all'attrezzatura standard dell'IITRI, l'attrezzatura modificata è stata progettata per testare un campione con una linguetta e un lato dritto. Questo design modificato è stato snellito per ospitare campioni di larghezza fino a 0,5" (13 mm) (una larghezza standard per i campioni di compressione) mentre pesa solo 23 lb/10 kg.
B-5: Apparecchio per prove di compressione Celanese
Precedentemente ASTM D3410
Standard ASTM dal 1975 al 2003, il metodo Celanese richiede un provino con una linguetta di preciso spessore, caricato a taglio tramite pinze a cono diviso. Il dispositivo è abbastanza leggero, ma richiede una preparazione approfondita del provino ed è soggetto a risultati irregolari se non viene testato con estrema attenzione.
B-6:Wyoming Dispositivo di prova Celanese modificato
Modello No. WTF-WC
Questo progetto modificato carica a taglio un provino con una linguetta usando morsetti a cuneo cilindrici circolari rastremati, consentendo una gamma di spessore del provino consentito. Le aste di allineamento in cuscinetti lineari sono utilizzate per diminuire l'attrito e aumentare l'allineamento.
B-7:DIN 65 380 tedesco modificato Celanese Test Fixture
Modello No. WTF-GC
Un miglioramento rispetto all'originale, il DIN tedesco 65 380 Modified Celanese usa impugnature a cuneo piatto rastremato invece di quelle coniche divise. A differenza del Wyoming Modified Celanese, il DIN tedesco mantiene il manicotto di allineamento esterno del design originale, che può legarsi durante il test.
La norma ASTM D695 raccomanda l'uso di una sottopressa per testare un provino cilindrico non supportato. Il sottotampone può essere utilizzato anche per garantire che un dispositivo di prova separato sia caricato assialmente.
Wyoming Test Fixture dispone di piastre a sede fissa e sferica in acciaio trattato termicamente 440c. I piani sono tipicamente da 6" (152 mm) di diametro, ma possono essere forniti in qualsiasi diametro.
Il pannello sandwich è leggermente bloccato nel dispositivo di prova ad entrambe le estremità e sottoposto a una forza di compressione parallela al piano del pannello. Come suggerisce il nome, la forza viene introdotta principalmente alle estremità dei fogli frontali.
Dispositivi di prova con intaglio
Per prova con intaglio si intende la prova monoassiale di un laminato composito con un piccolo foro circolare, sotto carico di trazione o compressione. A differenza dei metalli, le concentrazioni di sollecitazioni e le riduzioni di resistenza dovute ai fori sono estremamente difficili da prevedere, anche utilizzando i più moderni metodi di analisi agli elementi finiti (FEA). Pertanto, per determinare sperimentalmente queste riduzioni di resistenza, si continua a ricorrere a prove con intaglio.
Sviluppato per la prima volta dalla Boeing, questo metodo è diventato di gran lunga il metodo di prova a foro aperto più popolare. Un campione di 12" di lunghezza per 1,5" di larghezza ha un foro di 0,25" di diametro al centro. Il carico di taglio e di estremità applica una forza di compressione.
Anche se non è così popolare come il metodo di prova Boeing, il metodo di prova Northop Open Hole Compression utilizza un campione significativamente più piccolo, risparmiando così materiale. Un foro da 0,25" è standard per entrambi i test.
Apparecchiature per prove di compressione dopo l'impatto
I danni da difetti incontrollati sono stati a lungo una preoccupazione quando si lavora con materiali compositi fragili. Tre diversi gruppi (Boeing, Airbus e NASA) hanno sviluppato metodi di prova per quantificare tali danni, che consistono in un evento di impatto specifico seguito da un carico di compressione sul piano fino alla rottura.
Il metodo Boeing CAI usa un laminato (tipicamente) quasi-isotropo lungo 6", largo 4" e spesso circa 0.2". Un apparato di impatto a peso di caduta danneggia localmente il laminato, che viene poi testato fino alla rottura per compressione. Tutti e quattro i bordi del campione sono semplicemente supportati durante il test dall'apparecchio.
Il metodo di prova CAI di Airbus è simile a quello di Boeing, ma definito in unità S.I. Inoltre, il dispositivo Airbus include viti per spingere forzatamente le piastre di supporto contro il provino. Tuttavia, le condizioni effettive del provino sono ancora "semplicemente supportate", le stesse del dispositivo Boeing.
Molto meno comunemente usato rispetto ai dispositivi Boeing o Airbus, il dispositivo CAI della NASA utilizza un metodo simile ma con dimensioni minime del campione di 10" di lunghezza per 7" di larghezza. Dopo l'impatto, la larghezza viene tagliata a 5". Questo requisito di campione più grande è quello che ha spinto lo sviluppo del metodo CAI della Boeing.
Sebbene non siano molto diffusi, altri dispositivi di prova, come quelli definiti nei metodi di prova del programma F-22 di Lockheed Martin, possono essere forniti a un costo non significativamente superiore a quello dei dispositivi più diffusi.
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