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.

Собранное приспособление с установленным образцом может быть захвачено с каждого конца гидравлическими захватами испытательной машины (сдвиговое нагружение) или выровнено по вертикали между плоскими пластинами (торцевое нагружение). Нагрузка на сдвиг является предпочтительной в спецификации Boeing, но требует относительно больших гидравлических захватов, т.е. обычно шириной не менее 2 дюймов и способных раскрываться не менее чем на 1,3 дюйма, как показано на рис. 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.

приспособление для испытания на сжатие с открытым отверстием_4

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.