Apparecchio per prove di compressione a carico combinato Wyoming (ASTM D6641)

Modello n. WTF-EL (acciaio inox)

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Fig. 1: Apparecchio per prove di compressione a carico combinato Wyoming assemblato con campione installato.

Il Wyoming Combined Loading Compression (CLC) Test Fixture, originariamente sviluppato all'Università del Wyoming (riferimenti da 1 a 3), è diventato lo standard ASTM D6641 nel 2001 (riferimento 4). 

Il dispositivo CLC è costituito da due coppie di blocchi d'acciaio, ciascuna delle quali è fissata con quattro bulloni, come indicato nella Fig. 1. Una volta installato, le estremità del provino lungo 5,5 pollici sono a filo con le estremità dei blocchi. Le superfici di presa dei blocchi, larghe 1,2 pollici, sono destinate a testare campioni di larghezza nominale fino a 1 pollice.

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Fig. 2: Apparecchio parzialmente smontato che mostra le superfici di presa rivestite di particelle di carburo di tungsteno.

Queste superfici di presa sono rivestite con particelle di carburo di tungsteno, come mostrato in Fig. 2, per aumentare la forza di attrito e quindi permettere un maggiore trasferimento del carico di taglio nel provino. E poiché queste superfici sono relativamente lisce (particelle da 100 grit), non danneggiano la superficie del provino. Questo permette l'uso di campioni non nastrati in molte applicazioni, un grande vantaggio in termini di costi di fabbricazione dei campioni.

Regolando la coppia del bullone, il rapporto tra il carico di estremità e quello di taglio del provino può essere controllato, cioè si può ottenere un carico combinato. Questo permette di testare con successo materiali più forti che se il provino fosse puramente caricato all'estremità (evitando lo schiacciamento dell'estremità), e meno forza di serraggio che se il provino fosse puramente caricato a taglio (minori concentrazioni di stress indotte dal serraggio).

I blocchi di fissaggio impediscono anche la deformazione grossolana del campione. Due aste di allineamento in cuscinetti lineari sono usate per mantenere allineate le coppie superiori e inferiori di blocchi, i cuscinetti lineari eliminano l'attrito delle aste di allineamento. La rientranza circolare mostrata in una faccia fornisce lo spazio per un estensimetro montato sul bordo, se usato. In alternativa, gli estensimetri incollati possono essere usati su una o entrambe le facce del provino.

L'attrezzatura assemblata, con un campione installato, è posta senza vincoli su una base piatta della macchina di prova, e caricata direttamente sulla sua faccia superiore da una piastra piatta montata nella traversa della macchina di prova.

Il dispositivo di prova Wyoming Combined Loading Compression (CLC) è progettato per ospitare provini con o senza linguetta della lunghezza di 5,5". Si tratta della stessa lunghezza comunemente utilizzata con il metodo di prova IITRI per provini con linguetta (ASTM D3410). Anche la lunghezza del calibro (la distanza tra i blocchi terminali di contenimento), pari a 0,50 pollici, è la stessa. L'attrezzatura CLC può essere utilizzata per testare provini di lunghezza non standard semplicemente modificando la lunghezza totale del provino. Questa attrezzatura è relativamente compatta, con un peso di 10,6 libbre.

Il metodo di prova CLC ha dimostrato di essere totalmente adatto per le prove di compressione untabbed provini di materiali di resistenza moderata, per esempio, compositi che mostrano una resistenza alla compressione fino a circa 150 ksiche include laminati a strati incrociati e quasi-isotropi, compositi in tessuto, compositi casuali in fibra tagliata, e altri materiali di resistenza simile o inferiore. In questi casi, il dispositivo di prova CLC ha dimostrato di produrre valori di resistenza alla compressione e di modulo del tutto equivalenti a quelli ottenuti utilizzando provini a schede e dispositivi di prova più complessi e costosi come le configurazioni IITRI, Wyoming Modified IITRI, Celanese, e Wyoming Modified Celanese (riferimenti da 1 a 3).

È possibile progettare e fabbricare anche attrezzature non standard. Ad esempio, la Fig. 3 mette a confronto l'attrezzatura standard (a sinistra) con un'attrezzatura progettata per accogliere campioni della stessa lunghezza di 5,5 pollici ma con una larghezza massima di 2,5 pollici.

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Fig. 3: Apparecchio standard ASTM D 6641 (a sinistra) e Apparecchio speciale con larghezza del provino di 2,5" (a destra).

La Fig. 4 mostra un'attrezzatura di dimensioni ridotte, progettata per testare campioni lunghi solo 2,5 pollici e larghi fino a 0,5 pollici, con un'attrezzatura standard sullo sfondo per il confronto.

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Fig. 4: Apparecchio speciale di dimensioni ridotte mostrato (smontato) in primo piano, con un apparecchio standard sullo sfondo.

Tre attrezzature CLC di dimensioni diverse sono mostrate in Fig. 5, come esempi di variazioni di dimensioni a volte utilizzate. Abbiamo progettato e fabbricato apparecchi CLC ancora più grandi e più piccoli.

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Fig. 5: Tre attrezzature di prova di compressione a carico combinato di diverse dimensioni, l'attrezzatura di dimensioni standard mostrata al centro.

Un'attrezzatura speciale CLC, con quattro aste di allineamento e cuscinetti lineari, è mostrata parzialmente smontata a sinistra della Fig. 6. Un'attrezzatura standard parzialmente smontata è mostrata a destra. Con il crescente interesse nell'uso delle tecniche di correlazione digitale delle immagini (DIC) per ottenere spostamenti a tutto campo della superficie del provino, è necessario che la strumentazione sia in grado di vedere la faccia del provino. Le due aste di allineamento dell'attrezzatura standard bloccano questa vista. Utilizzando quattro aste di allineamento, una linea di vista è disponibile tra le coppie di aste, pur mantenendo la simmetria del dispositivo.

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Fig. 6: Uno speciale apparecchio per prove di compressione a carico combinato (CLC) con quattro aste di allineamento è mostrato a sinistra con un apparecchio standard a destra.

Un'altra vista dell'attrezzatura speciale con quattro aste di allineamento della Fig. 6 è mostrata completamente smontata nel primo piano della Fig. 7, insieme alle strisce distanziatrici e a una striscia di spinta per l'installazione di campioni larghi 1/2 pollice e 1 pollice. Sullo sfondo è mostrato un apparecchio completamente assemblato e un apparecchio standard. Questo apparecchio speciale pesa 20 libbre, circa il doppio dell'apparecchio standard, e può ospitare campioni larghi fino a 2,5 pollici, se lo si desidera. Lo spazio libero tra le aste di allineamento è di poco superiore a 1,2 pollici.

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Fig. 7: L'attrezzatura speciale per CLC a quattro barre di allineamento è mostrata completamente smontata in primo piano. Un dispositivo assemblato e un dispositivo standard sono mostrati sullo sfondo.

Le superfici di presa delle particelle di carburo di tungsteno di uno qualsiasi dei dispositivi di cui sopra si usureranno dopo un uso prolungato (in genere molte centinaia di test sui campioni) e potrebbero dover essere riverniciate. Con il progredire dell'usura, saranno necessarie coppie di serraggio sempre più elevate per ottenere risultati equivalenti. Un esempio estremo di usura superficiale è illustrato nella Fig. 8. Normalmente l'uso del dispositivo non viene continuato fino a questo punto. Il rivestimento originale può essere rimosso e il dispositivo può essere rivestito di nuovo, riportando il dispositivo al suo aspetto originale. condizione.

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Fig. 8: Esempio di un'attrezzatura per prove di compressione a carico combinato di dimensioni standard ben utilizzata. Il modello di usura delle superfici di presa delle particelle di carburo di tungsteno causate da un provino largo ½ pollice può essere seen, con excessive usura alle estremità vicino alla sezione del provino.

Fonti di informazioni aggiuntive:

1) D.F. Adams e J.S. Welsh, "Il Wyoming Combined Loading Compression (CLC) Test Method,"Giornale della tecnologia e della ricerca sui materiali compositi, Vol. 19, No. 3, 1997, pp. 123-133.

2) P.M. Wegner e D.F. Adams, "Verification of the Combined Load Compression (CLC) Test Method," Report No. DOT/FAA/AR-00/26, Federal Aviation Administration Technical Center, Atlantic City, New Jersey, agosto 2000.

3) J.S. Welsh e D.F. Adams, "Current Status of Compression Test Methods for Composite Materials," Giornale SAMPE, Vol. 33, No. 1, gennaio 1997, pp. 35-43.

4) Norma ASTM D6641-09 (2009), "Metodo di prova per la determinazione delle proprietà di compressione dei laminati compositi a matrice polimerica utilizzando un dispositivo di prova a compressione con carico combinato (CLC)", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (prima edizione nel 2001).

5) D.F. Adams e G.A. Finley, "Studio sperimentale di campioni di compressione compositi unidirezionali rastremati per spessore". Meccanica sperimentale, Vol 36, No. 4, Dicembre 1996, pp. 348-355.

6) S.L. Coguill e D.F. Adams, "Use of the Wyoming Combined Loading Compression (CLC) Fixture to Test Unidirectional Composites", Proceedings of the 44il International SAMPE Symposium, Long Beach, California, maggio 1999, pp. 2322-2331.