Apparecchio per prove di compressione a foro aperto Boeing (ASTM D6484)

Modello n. WTF-OH (acciaio inox)

IMG_2876

Fig. 1: Apparecchio montato senza campione installato.

Il Boeing Open-Hole Compression Test Fixture è stato sviluppato dalla Boeing Company (riferimenti da 1 a 4). Il metodo di prova generale è anche descritto nel metodo raccomandato SACMA SRM 3R-94 (riferimento 2). L'ultima versione Boeing del dispositivo, descritta nei riferimenti 3 e 4, è stata adottata come norma ASTM D6484 (riferimento 5).

IMG_2879

Fig 2: Apparecchio smontato, che mostra le superfici di presa spruzzate termicamente

 Il provino, tipicamente, ma non necessariamente, un laminato quasi-isotropo, è lungo 12 pollici, largo 1,5 pollici, spesso circa 0,1 pollici e contiene un foro di 0,25 pollici di diametro al centro. Uno standard della NASA, descritto nel riferimento 6, prevede un provino molto più largo (5 pollici) e quindi non è comunemente utilizzato, essendo meno conservativo del materiale da testare. Un concorrente molto più popolare della configurazione Boeing è la Northrop Open-Hole Compression Test Fixture (riferimento 7), Wyoming Test Fixtures Model WTF-NH. Un confronto dettagliato di questi dispositivi è presentato nella Referenza 8. Per ulteriori approfondimenti si rimanda alla Referenza 9.

Il provino della prova di compressione a foro aperto Boeing è caricato a taglio o all'estremità in compressione fino alla rottura nell'attrezzatura mostrata nelle figure 1 e 2, il provino si estende da un'estremità all'altra dell'attrezzatura. L'attrezzatura sostiene il provino in modo continuo lungo entrambe le facce, uno spazio sufficiente è progettato nei giunti sfalsati a forma di V in entrambi i lati dell'attrezzatura (vedi l'attrezzatura parzialmente assemblata in Fig. 2) in modo che nessun contatto si verifichi attraverso questi giunti durante il carico di compressione del provino. Le piastre guida sono fornite su ogni lato dell'attrezzatura per mantenere l'allineamento dell'insieme.

L'attrezzatura assemblata, con il provino installato, può essere afferrata a ciascuna estremità dalle pinze idrauliche della macchina di prova (carico a taglio) o allineata verticalmente tra piastre piane (carico di estremità). Il carico a taglio è preferito nelle specifiche Boeing, ma richiede pinze idrauliche relativamente grandi, cioè in genere larghe almeno 2 pollici e in grado di aprirsi di almeno 1,3 pollici, come indicato nella Fig. 3.

apparecchio per test di compressione a foro aperto boeing_2

Fig. 3 Apparecchio per prove di compressione a foro aperto di Boeing bloccato con pinze idrauliche da 55 kip

Se il provino è caricato all'estremità, può essere auspicabile fornire una forza di serraggio aggiuntiva alle estremità del provino, per ridurre al minimo lo sbattimento delle estremità. ASTM D6484 (riferimento 5), nella revisione del 2004, ha aggiunto quattro fori in ogni estremità del dispositivo per i bulloni di serraggio, come mostrato nella Fig. 4. Questi fori sono ora incorporati nell'attrezzatura Modello WTF-OH.

IMG_2887

Fig. 4. Versione ASTM D6484-04 (2004) dell'attrezzatura con quattro fori per bulloni aggiuntivi ad ogni estremità, per il bloccaggio meccanico del provino se caricato all'estremità.

Se l'attrezzatura viene caricata tra le piastre piane, qualche tipo di vincolo laterale dovrebbe essere fornito in modo che l'attrezzatura non scivoli fuori da tra le piastre mentre viene caricata a compressione, come precauzione di sicurezza. Far scivolare le estremità del dispositivo in raccordi poco profondi a forma di scatola attaccati alla macchina di prova è una delle opzioni disponibili da Wyoming Test Fixtures, Inc, come mostrato in Fig 5.

apparecchio per prove di compressione a foro aperto boeing_4

Fig. 5. Scatole di vincolo di estremità da usare quando si carica il provino.

Una prima versione del Boeing Open-Hole Compression Test Fixture includeva dei ritagli per liberare gli estensimetri incollati alle superfici del provino, e per fornire l'uscita per il cablaggio degli estensimetri. Questo apparecchio è mostrato in Fig. 6. Le successive specifiche Boeing, e lo standard ASTM, non includono questi ritagli, gli estensimetri non vengono utilizzati.

apparecchio per prove di compressione a foro aperto boeing_5

Fig. 6. Versione Boeing BSS 7260 dell'attrezzatura per prove di compressione a foro aperto, con l'aggiunta dei fori per gli estensimetri, le piastre di allineamento filettate e le superfici di presa irruvidite a macchina. In basso è mostrato un provino standard da 12 pollici per 1,5 pollici di larghezza con un foro centrale di 0,25 pollici di diametro.

GrandeOHFixture

Fig. 7: Dispositivo di prova di compressione a foro aperto Boeing personalizzato per provini da 6 x 17 pollici

SidebySide

Fig. 8: L'attrezzatura per prove di compressione a foro aperto personalizzata per piccoli Boeing (per provini da 1,5 x 7,5 pollici) è mostrata a sinistra, mentre quella standard è mostrata a destra.

Fonti di informazioni aggiuntive:

1) Boeing Specification Support Standard BSS 7260, "Advanced Composite Compression Tests," The Boeing Company, Seattle, Washington (originariamente pubblicato nel febbraio 1982, rivisto nel dicembre 1988).

 2) SACMA Recommended Method SRM 3R-94, "Open-Hole Compression Properties of Oriented Fiber-Resin Composites," Suppliers of Advanced Composite Materials Association, Arlington, Virginia, 1994.

 3) Documento Boeing No. D888-10026, "Test Methods for Advanced Composites," The Boeing Company, Seattle, Washington, gennaio 1996.

 4) Documento Boeing n. D6-83079-71, "Test Method for Compressive Properties of Thin Composite Lamina and Laminates", The Boeing Company, Seattle, Washington, novembre 2003.

 5) Standard ASTM D6484/6484M-09 (2009), "Open-Hole Compressive Strength of Polymer Matrix Composite Laminates," American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (pubblicato per la prima volta nel 1999).

6) Pubblicazione di riferimento NASA 1092, "Standard Tests for Toughened Resin Composites," NASA-Langley Research Center, Hampton, Virginia, edizione rivista, luglio 1983.

7) Northrop Specification NAI-1504C, "Open Hole Compression Test Method", Northrop Corporation, Hawthorne, California, maggio 1988.

8) S.L. Coguill e D.F. Adams, "A Comparison of Open-Hole Compression Fixtures by Experimental Evaluation," Proceedings of the 45th International SAMPE Symposium and Exhibition, maggio 2000.

9) D.F. Adams, "Test di compressione a foro aperto". Compositi ad alte prestazioni, marzo 2005, pp. 12-13.