Приспособление для испытания на сдвиг короткой балки (ASTM D2344)

Модель № WTF-SB (нержавеющая сталь)

IMG_2729
IMG_2737

Рис. 1: Стандартное приспособление для испытания на сдвиг короткой балки (ASTM D2344)

На верхней фотографии рис. 1 показано собранное приспособление для испытания на сдвиг короткой балки, но без установленного в нем образца. Это приспособление обычно используется для испытания композитных материалов интерламинарный (по толщине) на сдвиг, в общем соответствии со стандартом ASTM D2344 (ссылка 1).

Стандарт ASTM D2344, существующий с 1965 года, в настоящее время рекомендует соотношение длины опорного пролета к толщине образца, равное четырем, для всех типов материалов. Таким образом, типичный образец толщиной порядка 0,1 дюйма будет испытываться при длине опорного пролета 0,4 дюйма.

Для работы с ламинатом различной толщины длина пролета приспособления плавно регулируется во всем диапазоне длин пролетов примерно до 4,5 дюймов. На основании выгравированы шкальные метки, которые помогают установить нужную длину пролета, сдвигая опоры для образцов в требуемые положения. Затем эти опоры для образцов зажимаются на месте с помощью показанных на рисунке винтов с шестигранной головкой.

В основании закреплены две центровочные стойки из закаленной стали, каждая диаметром 0,5 дюйма. Верхняя плита, содержащая линейные подшипники, свободно перемещается вверх и вниз по этим центровочным стойкам, обеспечивая таким образом выравнивание двух нижних опор и верхнего загрузочного цилиндра.

Две опоры и загрузочная головка представляют собой цилиндры из закаленной стали, каждый шириной 2,5 дюйма, удерживаемые в v-Пазы с небольшими пружинами на каждом конце. Это позволяет поворачивать их, а также легко заменять при необходимости. Если не указано иное, поставляются опоры диаметром 1/8 дюйма и загрузочная головка диаметром 1/4 дюйма, как указано в стандарте ASTM D2344. Однако по желанию заказчика могут быть поставлены опоры и загрузочные головки любого другого диаметра.

Регулируемые механические упоры для центрирования образца в приспособлении также могут быть добавлены в качестве опции, как показано ниже на рис. 2.

IMG_2822

Рис. 2: Регулируемые упоры для центрирования образцов для сайт Приспособление для испытания короткой балки на сдвиг.

Приспособление сконструировано таким образом, что оно может опираться без ограничений непосредственно на основание испытательной машины. Сжимающая нагрузка может быть приложена нагрузочной головкой испытательной машины непосредственно к верхней пластине приспособления для испытания короткой балки на сдвиг. В качестве альтернативы, в верхней пластине предусмотрено резьбовое отверстие 0,50 дюйма -13 UNC, как видно на верхней фотографии рис. 1, для установки дополнительного адаптера, который, в свою очередь, может быть прикреплен к траверсе испытательной машины.

Благодаря относительно большому пролету опоры, т.е. 4,5 дюйма, это приспособление также часто используется для испытаний на трехточечный изгиб (ASTM D790 и D7264). А с дополнительной четырехточечной нагрузочной головкой с регулируемым пролетом, показанной на рис. 3 ниже, это приспособление также можно использовать для испытаний на четырехточечный изгиб (ASTM D6272 и D7264).

IMG_2745

Рис. 3: Комбинированное приспособление для испытания короткой балки на сдвиг с трех- и четырехточечным нагружением, показанное с головками для трех- и четырехточечного нагружения.

Однако для испытаний на трех- и четырехточечный изгиб при строгом соблюдении соответствующих стандартов ASTM необходимо изменить диаметры нагрузочного и опорного цилиндров. Стандарт ASTM D2344 на сдвиг коротких балок устанавливает опорные цилиндры диаметром 0,125 дюйма и нагрузочный цилиндр диаметром 0,250 дюйма, а стандарты ASTM D790 и D6272 на изгиб устанавливают нагрузочные и опорные цилиндры диаметром 0,394 дюйма (10 мм), а ASTM D7264 - цилиндры диаметром 0,250 дюйма. Стандарты ISO, EN и другие стандарты определяют и другие диаметры.

Такое несоответствие между стандартами вызывает сожаление, поскольку на результаты испытаний эти относительно небольшие различия в диаметре цилиндров влияют очень мало (см., например, ссылки 2, 3, 4). Однако мы можем обеспечить любой желаемый диаметр, и цилиндры легко заменяются, поскольку они удерживаются на месте пружинами.

Приспособление с короткой балкой в конфигурации с трех- или четырехточечным нагружением также используется для испытания на изгиб хрупких материалов, таких как керамика и керамико-матричные композиты, когда сочленение точек нагружения и опоры не требуется. Артикуляция часто не требуется, когда эти хрупкие образцы достаточно плоские, например, путем шлифовки поверхности. Если в хрупких материалах присутствует изгиб образца или другие неровности, может потребоваться полностью атрицированное приспособление для испытания на прочность при изгибе керамики, например, наша модель WTF-CF (см. раздел D-4).

Также можно приобрести приспособление, включающее регулируемые винтом опоры (которые задвигаются и выдвигаются вместе), как показано ниже на рис. 4.

IMG_2806
IMG_2817

Рис. 4: Вид спереди и сзади приспособления для испытания коротких балок на сдвиг и/или изгиб с винтовой регулировкой опор (на переднем плане показана дополнительная четырехточечная нагружающая головка с фиксированным шагом и различные варианты диаметров опор/нагружающего цилиндра).

Также можно изготовить приспособления специального размера, больше или меньше стандартного, как показано на рис. 5 ниже.

приспособление для испытания короткой балки на сдвиг_6

Рис. 5: Стандартное приспособление для испытания на сдвиг короткой балки (ASTM D2344) (слева) и Специальный компактный уменьшенный размах Трех-/четырехточечный Приспособление для испытания на сдвиг (справа).

Источники дополнительной информации:

1) Стандарт ASTM D2344-13, "Прочность полимерно-матричных композиционных материалов и их ламинатов по методу короткой балки", Американское общество по испытаниям и материалам, Вест Коншохокен, Пенсильвания (впервые опубликован в 1965 году).

 2) Д.Ф. Адамс и Е.К. Льюис, "Экспериментальное исследование трех- и четырехточечных образцов для испытаний на сдвиг". Журнал "Технологии и исследования композитов, том 17, № 4, октябрь 1995 г., стр. 341-349.

3) E.Q. Lewis и D.F. Adams, "Оценка методов испытаний композитных материалов на сдвиг", отчет UW-CMRG-R-91-103, Исследовательская группа композитных материалов, Университет Вайоминга, Ларами, Вайоминг, май 1991 года.

4) Д.Ф. Адамс и Дж.М. Буссе, "Предлагаемые модификации метода испытания короткой балки на сдвиг", Труды 49.th Международный симпозиум SAMPE, Лонг-Бич, Калифорния, май 2004 года.