Приспособление для испытания на сжатие с комбинированной нагрузкой в Вайоминге (ASTM D6641)

Модель № WTF-EL (нержавеющая сталь)

IMG_2895

Рис. 1: Собранное приспособление для испытания на сжатие с комбинированным нагружением Wyoming с установленным образцом.

Приспособление для испытания комбинированной нагрузки на сжатие (CLC), первоначально разработанное в Университете Вайоминга (ссылки с 1 по 3), в 2001 году стало стандартом ASTM D6641 (ссылка 4). 

Приспособление CLC состоит из двух пар стальных блоков, каждая пара скреплена четырьмя болтами, как показано на рис. 1. При установке концы образца длиной 5,5 дюйма располагаются заподлицо с концами блоков. Захватные поверхности блоков шириной 1,2 дюйма предназначены для испытания образцов номинальной шириной до 1 дюйма.

IMG_2905

Рис. 2: Частично разобранное приспособление, показывающее поверхности захвата, покрытые частицами карбида вольфрама.

Эти поверхности захвата покрыты частицами карбида вольфрама, как показано на рис. 2, чтобы увеличить силу трения и тем самым обеспечить более высокую передачу сдвиговой нагрузки на образец. А поскольку эти поверхности относительно гладкие (частицы зернистостью 100 грит), они не повреждают поверхность образца. Это позволяет использовать нешлифованные образцы во многих приложениях, что является большим преимуществом с точки зрения стоимости изготовления образцов.

Регулируя момент затяжки болта, можно регулировать соотношение конечной и сдвиговой нагрузки на образец, т.е. добиться комбинированной нагрузки. Это позволяет проводить успешные испытания более прочных материалов, чем если бы образец был нагружен только торцом (во избежание раздавливания торца), и с меньшим усилием зажима, чем если бы образец был нагружен только на сдвиг (меньшая концентрация напряжений, вызванных зажимом).

Блоки приспособления также предотвращают грубое смятие образца. Для выравнивания верхней и нижней пар блоков используются два выравнивающих стержня в линейных подшипниках, линейные подшипники устраняют фрикционное сцепление выравнивающих стержней. Круговое углубление, показанное на одной из граней, обеспечивает зазор для установленного по краям экстензометра, если он используется. В качестве альтернативы на одной или обеих гранях образца можно использовать приклеиваемые датчики деформации.

Собранное приспособление с установленным образцом помещается без ограничений на плоское основание испытательной машины и нагружается непосредственно на его верхнюю поверхность плоской плитой, установленной в траверсе испытательной машины.

Приспособление для испытания на сжатие с комбинированной нагрузкой (CLC) Wyoming предназначено для размещения образцов с вкладками или без них длиной 5,5 дюйма. Это та же длина, которая обычно используется в методе испытания образцов с вкладками IITRI (ASTM D3410). Длина калибра (расстояние между ограничительными концевыми блоками), равная 0,50 дюйма, также одинакова. Приспособление CLC можно использовать для испытания образцов с нестандартной длиной зажима, просто изменив общую длину образца. Это приспособление относительно компактно, весит 10,6 фунтов.

Было показано, что метод испытания CLC полностью подходит для испытания на сжатие нетабличный образцы материалов с умеренной прочностью, например, композиты с прочностью на сжатие до примерно 150 ksi, которые включают слоистые пластики с поперечной и квазиизотропной укладкой, тканевые композиты, композиты со случайными рублеными волокнами и другие материалы с аналогичной или более низкой прочностью. В таких случаях испытательное приспособление CLC, как было показано, дает значения прочности при сжатии и модуля упругости, полностью эквивалентные значениям, полученным при использовании образцов с вкладками и более сложных и дорогих испытательных приспособлений, таких как конфигурации IITRI, Wyoming Modified IITRI, Celanese и Wyoming Modified Celanese (ссылки с 1 по 3).

Также можно разработать и изготовить нестандартные приспособления. Например, на рис. 3 показано сравнение стандартного приспособления (слева) с приспособлением, предназначенным для размещения образцов той же длины 5,5 дюйма, но шириной до 2,5 дюйма.

IMG_2909

Рис. 3: Стандартное приспособление ASTM D 6641 (слева) и специальное приспособление для образца шириной 2,5 дюйма (справа).

На рис. 4 показано приспособление уменьшенного размера, предназначенное для испытания образцов длиной всего 2,5 дюйма и шириной до 0,5 дюйма, а на заднем плане - стандартное приспособление для сравнения.

приспособление_3 для испытания на сжатие с комбинированной нагрузкой в вайоминге

Рис. 4: Специальное приспособление уменьшенного размера (в разобранном виде) на переднем плане, со стандартным светильником на заднем плане.

На рис. 5 показаны три приспособления CLC разных размеров в качестве примера иногда используемых вариаций размеров. Мы разработали и изготовили приспособления CLC еще большего и меньшего размера.

приспособление для испытания на сжатие с комбинированной нагрузкой в вайоминге_4

Рис. 5: Три приспособления для испытания на сжатие с комбинированной нагрузкой разных размеров, приспособление стандартного размера показано в центре.

Специальное приспособление CLC с четырьмя центровочными стержнями и линейными подшипниками показано в частично разобранном виде слева на рис. 6. Справа показано частично разобранное стандартное приспособление. В связи с растущим интересом к использованию техники цифровой корреляции изображений (DIC) для получения полнопрофильных смещений поверхности испытуемого образца, необходимо, чтобы приборы могли видеть лицевую сторону испытуемого образца. Два выравнивающих стержня стандартного приспособления блокируют этот обзор. При использовании четырех выравнивающих стержней обеспечивается прямой обзор между парами стержней, при этом сохраняется симметрия приспособления.

IMG_2915

Рис. 6: Специальное приспособление для испытания на сжатие при комбинированном нагружении (CLC) с четырьмя выравнивающими стержнями показано слева, а стандартное приспособление - справа.

Другой вид специального приспособления с четырьмя выравнивающими стержнями рис. 6 показан в полностью разобранном виде на переднем плане рис. 7, вместе с распорными планками и толкающей планкой для установки образцов шириной 1/2 и 1 дюйм. Полностью собранное приспособление показано на заднем плане вместе со стандартным приспособлением. Это специальное приспособление весит 20 фунтов, что примерно в два раза больше, чем стандартное приспособление, и при желании может вмещать образцы шириной до 2,5 дюйма. Свободное пространство между выравнивающими стержнями составляет чуть более 1,2 дюйма.

IMG_2917

Рис. 7: На переднем плане показано специальное приспособление CLC с четырьмя центровочными стержнями в полностью разобранном виде. На заднем плане показано собранное приспособление и стандартное приспособление.

Поверхности захвата частиц карбида вольфрама любого из вышеперечисленных приспособлений со временем изнашиваются после длительного использования (обычно многие сотни испытаний образцов), и может потребоваться повторное покрытие. По мере износа для достижения эквивалентных результатов потребуются все более высокие моменты затяжки болтов. Крайний пример износа поверхности показан на рис. 8. Обычно использование приспособления не продолжается до этого момента. Оригинальное покрытие может быть сошлифовано и приспособление покрыто заново, восстанавливая его первоначальный вид. условие.

вайоминг приспособление для испытания на сжатие с комбинированной нагрузкой_7

Рис. 8: Пример хорошо используемого приспособления для испытания на сжатие с комбинированной нагрузкой стандартного размера. Картина износа поверхностей захвата частиц карбида вольфрама, вызванная образцом шириной ½ дюйма, может быть представлена следующим образомeen, с eчрезмерный износ на концах вблизи участка замера образца.

Источники дополнительной информации:

1) Д.Ф. Адамс и Дж.С. Уэлш, "Метод испытания на сжатие при комбинированной нагрузке (CLC) в Вайоминге".Журнал "Технологии и исследования композитов, том 19, № 3, 1997, стр. 123-133.

2) П.М. Вегнер и Д.Ф. Адамс, "Проверка метода испытания на сжатие под комбинированной нагрузкой (CLC)", отчет № DOT/FAA/AR-00/26, Технический центр Федерального управления гражданской авиации, Атлантик-Сити, Нью-Джерси, август 2000 года.

3) J.S. Welsh и D.F. Adams, "Современное состояние методов испытания композитных материалов на сжатие". Журнал SAMPE, том 33, № 1, январь 1997, стр. 35-43.

4) Стандарт ASTM D6641-09 (2009), "Метод испытания для определения свойств сжатия полимерных матричных композитных ламинатов с использованием приспособления для испытания на сжатие с комбинированной нагрузкой (CLC)", Американское общество по испытаниям и материалам, Вест Коншохокен, Пенсильвания (впервые выпущен в 2001 году).

5) Д.Ф. Адамс и Г.А. Финли, "Экспериментальное исследование толстостенных конических однонаправленных композитных образцов на сжатие". Экспериментальная механикаVol 36, No. 4, December 1996, pp. 348-355.

6) S.L. Coguill и D.F. Adams, "Использование приспособления для сжатия с комбинированной нагрузкой (CLC) в Вайоминге для испытания однонаправленных композитов", Труды 44.th Международный симпозиум SAMPE, Лонг-Бич, Калифорния, май 1999 г., стр. 2322-2331.