Приспособление для испытания на сжатие с открытым отверстием Boeing (ASTM D6484)

Модель № WTF-OH (нержавеющая сталь)

IMG_2876

Рис. 1: Собранное приспособление без установленного образца.

Приспособление для испытания на сжатие с открытым отверстием Boeing было разработано компанией Boeing (ссылки 1 и 4). Общий метод испытания также описан в рекомендуемом методе SACMA SRM 3R-94 (ссылка 2). Последняя версия приспособления компании Boeing, описанная в ссылках 3 и 4, была принята в качестве стандарта ASTM D6484 (ссылка 5).

IMG_2879

Рис. 2: Разобранное приспособление, показывающее поверхности захвата с термическим напылением

 Образец, обычно, но не обязательно, представляющий собой квазиизотропный ламинат, имеет длину 12 дюймов, ширину 1,5 дюйма, толщину около 0,1 дюйма и содержит отверстие диаметром 0,25 дюйма в центре. Стандарт NASA, описанный в ссылке 6, определяет гораздо более широкий образец (шириной 5 дюймов) и поэтому не часто используется, будучи менее консервативным по отношению к испытуемому материалу. Гораздо более популярным конкурентом конфигурации Boeing является приспособление Northrop для испытания на сжатие с открытым отверстием (ссылка 7), Wyoming Test Fixtures Model WTF-NH. Подробное сравнение этих приспособлений представлено в Справке 8. Дополнительное обсуждение можно найти в Справке 9.

Образец для испытания на сжатие с открытым отверстием Boeing подвергается сдвигу или торцевому нагружению при сжатии до разрушения в приспособлении, показанном на рис. 1 и 2, причем образец протягивается от одного конца приспособления до другого. Приспособление поддерживает образец непрерывно вдоль обеих сторон, при этом в ступенчатых V-образных соединениях с обеих сторон приспособления (см. частично собранное приспособление на рис. 2) предусмотрен достаточный зазор, чтобы не происходило контакта через эти соединения во время сжимающей нагрузки образца. С каждой стороны приспособления предусмотрены направляющие пластины для поддержания выравнивания сборки.

The assembled fixture, with specimen installed, can be gripped at each end by hydraulic grips in the testing machine (shear loading), or aligned vertically between flat platens (end loading).  Shear loading is preferred in the Boeing specification, but requires relatively large hydraulic grips, i.e., typically at least 2 in. wide and capable of opening at least 1.4 in., as indicated in Fig 3.

приспособление для испытания на сжатие с открытым отверстием боинг_2

Рис. 3 Приспособление для испытания Boeing на сжатие с открытым отверстием, зажатое в гидравлических захватах с усилием 55 кип

Если образец нагружается с торца, может быть желательно обеспечить дополнительную силу зажима на концах образца, чтобы минимизировать смятие концов. Стандарт ASTM D6484 (ссылка 5) в редакции 2004 года добавил четыре отверстия на каждом конце приспособления для зажимных болтов, как показано на рис. 4. Эти отверстия теперь предусмотрены в приспособлении модели WTF-OH.

IMG_2887

Рис. 4. Версия приспособления ASTM D6484-04 (2004) с четырьмя дополнительными отверстиями под болты на каждом конце для механического зажима образца при торцевой нагрузке.

Если приспособление нагружается между плоскими пластинами, то в качестве меры предосторожности следует предусмотреть какой-либо вид бокового ограничения, чтобы приспособление не выскользнуло из-под пластин при нагружении сжатием. Одним из таких вариантов является продевание концов приспособления в неглубокие коробчатые фитинги, прикрепленные к испытательной машине, которые предлагает компания Wyoming Test Fixtures, Inc, как показано на рис. 5.

OH Constraint Box New

Рис. 5. Коробки с концевыми ограничениями для использования при торцевом нагружении образца.

Ранняя версия приспособления для испытаний на сжатие с открытым отверстием компании Boeing включала вырезы, чтобы освободить тензометрические датчики, приклеенные к поверхности образца, и обеспечить выход для проводки датчиков. Это приспособление показано на рис. 6. Последующие спецификации Boeing и стандарт ASTM не включают эти вырезы, так как тензометрические датчики не используются.

приспособление для испытания на сжатие с открытым отверстием_5

Рис. 6. Вариант приспособления для испытания на сжатие с открытым отверстием Boeing BSS 7260 с вырезами для тензометрических датчиков, резьбовыми центровочными пластинами и механически обработанными поверхностями захвата. Внизу показан стандартный образец для испытаний размером 12 на 1,5 дюйма с центральным отверстием диаметром 0,25 дюйма.

LargeOHFixture

Рис. 7: Приспособление для испытания на сжатие с открытым отверстием, изготовленное по заказу компании Boeing, для образцов размером 6 x 17 дюймов

SidebySide

Рис. 8: Специальное приспособление для испытания на сжатие с открытым отверстием Small Boeing (для образцов размером 1,5 x 7,5 дюйма) показано слева, а стандартное приспособление - справа.

Источники дополнительной информации:

1) Стандарт поддержки спецификаций компании Boeing BSS 7260, "Расширенные испытания композитов на сжатие", компания Boeing, Сиэтл, Вашингтон (первоначально выпущен в феврале 1982 года, пересмотрен в декабре 1988 года).

 2) Рекомендуемый метод SACMA SRM 3R-94, "Свойства сжатия с открытым отверстием композитов из ориентированного волокна и смолы", Поставщики Ассоциации перспективных композитных материалов, Арлингтон, Вирджиния, 1994.

 3) Документ Boeing № D888-10026, "Методы испытаний перспективных композитов", The Boeing Company, Сиэтл, Вашингтон, январь 1996 года.

 4) Документ компании Boeing № D6-83079-71, "Метод испытания на сжатие тонких композитных пластин и ламинатов", The Boeing Company, Сиэтл, Вашингтон, ноябрь 2003 года.

 5) Стандарт ASTM D6484/6484M-09 (2009), "Прочность на сжатие полимерно-матричных композитных ламинатов с открытым отверстием", Американское общество по испытаниям и материалам, Вест Коншохокен, Пенсильвания (впервые выпущен в 1999 году).

6) Справочная публикация НАСА 1092, "Стандартные испытания композитных материалов из упрочненной смолы", Исследовательский центр НАСА-Лэнгли, Хэмптон, Вирджиния, пересмотренное издание, июль 1983 года.

7) Спецификация Northrop NAI-1504C, "Метод испытания на сжатие открытого отверстия", корпорация Northrop, Хоторн, Калифорния, май 1988 года.

8) S.L. Coguill и D.F. Adams, "Сравнение приспособлений для сжатия с открытым отверстием путем экспериментальной оценки", Материалы 45-го Международного симпозиума и выставки SAMPE, май 2000 г.

9) Д.Ф. Адамс, "Компрессионные испытания в открытых скважинах". Высокоэффективные композиты, март 2005, стр. 12-13.