Die von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelte Norm ASTM D3410 Standard Test Method for Shear Loading of Compressive Properties of Unsupported Measuring Cross-Section Polymer Matrix Composite Materials beschreibt ein Prüfverfahren zur Bestimmung der Druckeigenschaften von Polymer-Matrix-Verbundwerkstoffen in der Ebene, die mit hochmoduligen Fasern verstärkt sind.
Die Formen von Verbundwerkstoffen sind auf kontinuierlich oder diskontinuierlich faserverstärkte Verbundwerkstoffe beschränkt, deren elastische Eigenschaften spezifisch orthotrop in Bezug auf die Prüfrichtung sind. Bei diesem Prüfverfahren wird die Probe durch Scherung an den Keilhalteflächen mit einer Druckkraft beaufschlagt. Diese Art der Kraftübertragung unterscheidet sich von den folgenden Verfahren:
Dieses Prüfverfahren ist anwendbar auf Verbundwerkstoffe aus unidirektionalem Tape, Nassfasereinlagen, Textilien (z. B. Gewebe), Kurzfasern oder ähnlichen Produktformen. Für einige Produktformen können Abweichungen vom Prüfverfahren erforderlich sein.
Dieses Prüfverfahren dient der Ermittlung von Druckfestigkeitsdaten für Materialeigenschaften, Forschung und Entwicklung, Qualitätssicherung sowie Tragwerksplanung und -analyse. Faktoren, die das Druckverhalten beeinflussen und daher dokumentiert werden müssen, sind: Material, Materialvorbereitung und Schichtverfahren, Stapelfolge der Proben, Probenvorbereitung, Probenkonditionierung, Prüfumgebung, Probenausrichtung und -einspannung, Prüfgeschwindigkeit, Haltezeit bei der Temperatur, Porenanteil und volumetrischer Bewehrungsanteil. Zu den mit diesem Prüfverfahren ermittelbaren richtungsabhängigen Kenngrößen gehören:
ASTM D3410 ist ein Standardprüfverfahren zur Bestimmung der Druckeigenschaften von Polymerverbundwerkstoffen. Es ist besonders wichtig für kohlenstofffaser-, glasfaser-, aramidfaser- und andere verstärkte Polymerverbundwerkstoffe, da Druckfestigkeit und Druckmodul entscheidende Konstruktionseigenschaften darstellen. Dieser Standard beschreibt ein kontrolliertes Laborverfahren zur Druckbelastung von Verbundwerkstoffproben und zur Messung ihres Verhaltens bis zum Bruch.
Das beschriebene Prüfverfahren ist primär für Polymermatrix-Verbundwerkstoffe mit kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Fasern konzipiert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Druckversuchen, bei denen die Probenspitzen direkt komprimiert werden, verwendet die Norm ASTM D3410 eine Vorrichtung, die die Druckbelastung durch Scherung an den Probenspitzen aufbringt. Dieser Ansatz trägt dazu bei, einige Probleme herkömmlicher Druckversuche, insbesondere das Quetschen und die Instabilität der Probenspitzen, zu verringern.
Der Hauptzweck der Norm ASTM D3410 besteht darin, die wesentlichen Druckeigenschaften von Verbundwerkstoffen zu definieren. Dazu gehören:
Diese Eigenschaften sind wichtig, da sich Verbundwerkstoffe unter Zug- und Druckbelastung sehr unterschiedlich verhalten können. Beispielsweise kann ein Kohlenstofffaserverbundwerkstoff eine extrem hohe Zugfestigkeit, aber aufgrund folgender Mechanismen eine deutlich geringere Druckfestigkeit aufweisen:
Die Norm ASTM D3410 bietet eine standardisierte Methode zur Messung dieses Verhaltens.
Bei Konstruktionen, in denen Verbundbauteile Druckbelastungen ausgesetzt sind, ist das Druckverhalten von entscheidender Bedeutung. Beispiele hierfür sind:
Ohne einen standardisierten Druckversuch können die Ergebnisse verschiedener Labore aufgrund von Unterschieden in Probengeometrie, Belastungsmethode, Ausrichtung und Prüfgeräten erheblich variieren. Daher trägt die Norm ASTM D3410 dazu bei, reproduzierbare und vergleichbare Prüfergebnisse zu gewährleisten.
Das Grundprinzip ist relativ einfach. Eine Verbundwerkstoffprobe wird in eine spezielle Druckvorrichtung eingespannt. Die Vorrichtung übt über eine Scherbelastung an den Enden der Probe eine axiale Druckkraft aus. Mit zunehmender Belastung erfasst die Prüfmaschine die aufgebrachte Kraft und die zugehörige Verformung bzw. Dehnung. Aus den resultierenden Last- und Dehnungsdaten lässt sich eine Spannungs-Dehnungs-Kurve erstellen.
Die Probe ist typischerweise eine relativ schmale, flache Verbundprobe, die in eine Druckvorrichtung eingesetzt werden kann. Zu den wichtigsten Eigenschaften der Probe gehören:
Die Abmessungen und die Vorbereitung der Proben sind wichtig, da falsche Abmessungen oder Beschädigungen zu vorzeitigem Ausfall und irreführenden Ergebnissen führen können. Die Proben müssen frei von folgenden Mängeln sein:
Ein typischer Testaufbau umfasst Folgendes:
Im Allgemeinen umfasst der Testprozess folgende Schritte:
Das Verständnis des Bruchmechanismus ist ebenso wichtig wie die Ermittlung des numerischen Festigkeitswertes. Häufige Brucharten sind:
Daher sollte ein Testergebnis in Verbindung mit dem üblicherweise beobachteten Brechungsmodus ausgewertet werden.
Seit vielen Jahren versteht unser Unternehmen mit seinem kompetenten und erfahrenen Team die Bedürfnisse seiner Kunden, bietet ihnen die benötigten fortschrittlichen Prüfdienstleistungen und unterstützt sie beim Aufbau, der Implementierung und der Optimierung von Managementsystemen. In diesem Rahmen bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß der Norm ASTM D3410 an.
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