ASTM D5379/D5379M-19 Standardtestverfahren für Schereigenschaften von Verbundwerkstoffen durch V-Notched-Beam-Methode

Die von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelte Norm „ASTM D5379/D5379M-19 Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by V-Notch Beam Method“ beschreibt ein Prüfverfahren zur Bestimmung der Schereigenschaften von Verbundwerkstoffen, die mit hochmoduligen Fasern verstärkt sind. Die Verbundwerkstoffe sind auf solche beschränkt, die mit Endlos- oder Stapelfasern in folgenden Materialformen verstärkt sind:

• Laminate, bestehend aus Laminaten mit ausschließlich unidirektionalen Fasern und einer Faserrichtung, die parallel oder senkrecht zur Belastungsachse ausgerichtet ist.
• Laminate, die ausschließlich aus gewebten Textilfilamentlaminaten bestehen und deren Kettrichtung parallel oder senkrecht zur Belastungsachse ausgerichtet ist.
• Laminate, die ausschließlich aus unidirektionalen Faserlaminaten bestehen und eine gleiche Anzahl von Schichten enthalten, die im Winkel von 0 und 90 Grad in einer ausgewogenen und symmetrischen Stapelanordnung ausgerichtet sind, wobei die 0-Grad-Richtung parallel oder senkrecht zur Belastungsachse ausgerichtet ist.
• Kurzfaserverstärkte Verbundwerkstoffe, bei denen der Großteil der Fasern zufällig verteilt ist.

Dieses Schertestkonzept wurde ursprünglich ohne Bezug auf die Faserorientierung für den Einsatz an isotropen Materialien wie Metallen oder Keramiken entwickelt.

Die Norm „ ASTM D3878-23 Standardterminologie für Verbundwerkstoffe“ definiert Begriffe im Zusammenhang mit Hochmodulfasern und deren Verbundwerkstoffen. Die Norm „ASTM D883-22 Standardterminologie für Kunststoffe“ definiert Begriffe im Zusammenhang mit Kunststoffen. Die Norm „ASTM E6-23a Standardterminologie für mechanische Prüfverfahren“ definiert Begriffe im Zusammenhang mit mechanischen Prüfungen. Die Norm „ASTM E456-13 Standardterminologie für Qualität und Statistik“ definiert Begriffe im Zusammenhang mit Statistik. Im Falle von Widersprüchen zwischen den Begriffen hat ASTM D3878-23 Vorrang vor den anderen Normen. Darüber hinaus gelten auch die folgenden, für diese Norm spezifischen Begriffe und Definitionen:

• Beim Schneiden in der Ebene handelt es sich um eines der Schnittmerkmale, die die Reaktion beschreiben, die sich aus einer auf 1–2 Materialebenen ausgeübten Schnittkraft oder Verformung ergibt.
• Interlaminare Scherung ist eine der Schereigenschaften, die die Reaktion beschreibt, die sich aus einer Scherkraft oder Verformung ergibt, die auf 1-3 oder 2-3 Materialebenen ausgeübt wird.
• Das Materialkoordinatensystem ist ein kartesisches Koordinatensystem, das das Master-Materialkoordinatensystem definiert, wobei 1, 2 und 3 für die Achsen verwendet werden, wie in der Abbildung in der Norm dargestellt.
• Der Nennwert ist ein Wert, der zum Zwecke der ordnungsgemäßen Identifizierung eines messbaren Merkmals zugewiesen wird, das nur im Namen existiert. Auf einen Nennwert können Toleranzen angewendet werden, um einen akzeptablen Bereich für das Merkmal zu definieren.
• Die Scherfestigkeit ist die Scherspannung, der ein Material im Moment des Bruchs unter reinen Scherbedingungen ausgesetzt ist. Es gibt keine Standardtestmethoden, die für jedes Material einen perfekten reinen Scherspannungszustand erzeugen können, aber einige Testmethoden können für ein bestimmtes Material und einen bestimmten technischen Zweck akzeptabel nahe kommen.

Bei der Durchführung der Prüfung wird ein Materialstück in Form eines rechteckigen flachen Streifens mit symmetrischen zentralen V-Kerben, schematisch in der Abbildung der Norm dargestellt, in eine mechanische Prüfmaschine mit einer speziellen Vorrichtung geladen.

Die Probe wird mithilfe eines Ausrichtungswerkzeugs, das sich auf die Halterung bezieht, mit der Kerbe entlang der Belastungseffektlinie in der Halterung platziert. Die beiden Hälften der Vorrichtung werden von einer Prüfmaschine unter Kraftüberwachung gespannt. Die relative Verschiebung zwischen den beiden Vorrichtungshälften belastet die gekerbte Probe. Durch die Platzierung von zwei Dehnungsmessstreifenelementen, die in der Mitte der Probe (von den Kerben weg) und entlang der Belastungsachse in einem Winkel von plus/minus 45 Grad zur Belastungsachse ausgerichtet sind, kann die Scherreaktion des Materials gemessen werden.

Die Belastung kann als asymmetrische Biegung idealisiert werden, wie in den Scher- und Biegemomentdiagrammen in der Abbildung dargestellt. Die Kerben beeinflussen die Scherspannung entlang der Belastungsrichtung und sorgen für eine gleichmäßigere Verteilung, als dies ohne Kerben der Fall wäre. Obwohl der Grad der Glätte eine Funktion der Orthotropie des Materials ist, wurden die besten Gesamtergebnisse bei Tests in der 1-2-Ebene mit Laminaten vom Typ [0/90]ns erzielt.

Diese Testmethode dient zur Erstellung von Schereigenschaftsdaten für Materialeigenschaften, Forschung und Entwicklung, Qualitätssicherung sowie Strukturdesign und -analyse. Abhängig von der Ausrichtung des Materialkoordinatensystems relativ zur Belastungsachse können Schereigenschaften in der Ebene oder zwischen den Schichten bewertet werden. Zu den Faktoren, die die Scherreaktion beeinflussen und daher gemeldet werden müssen, gehören: Material, Methoden zur Materialvorbereitung und -platzierung, Reihenfolge der Probenstapelung, Probenvorbereitung, Probenkonditionierung, Testumgebung, Probenausrichtung und -griff, Testgeschwindigkeit, Zeit bei Temperatur, Hohlraumgehalt und -volumen prozentuale Verstärkung.

Bei anisotropen Materialien können Merkmale in jeder von sechs möglichen Scherebenen erhalten werden, indem die Testebene der Probe auf die gewünschte Materialebene ausgerichtet wird (1-2 oder 2-1, 1-3 oder 3-1, 2-3 oder 3). -2). Für jede Probe kann nur eine einzige Schnittebene ausgewertet werden. Zu den Testrichtungsmerkmalen, die mit dieser Testmethode erhalten werden können, gehören:

• Scherspannungs-/Dehnungsreaktion
• ultimative Stärke
• ultimative Belastung
• Schubgurt-Elastizitätsmodul

Zu den bei den Tests verwendeten Geräten gehören:

• Mikrometer und Messschieber
• Winkelmessgerät
• Radiusmessgerät
• Prüfmaschine (Prüfung von Mechaniken, Antrieb, Kraftmessgerät, Platten/Adapter, Vorrichtung)
• Dehnungsanzeigegerät (Auswahl des angeschlossenen DMS)
• Konditionierungsraum
• Umweltprüfkammer

Unter den zahlreichen Test-, Mess-, Analyse- und Bewertungsstudien, die für Unternehmen in verschiedenen Branchen durchgeführt wurden, hat unsere Organisation mit ihrem geschulten und fachkundigen Personal und ihrer fortschrittlichen technologischen Ausrüstung die Standardtestmethode für die Schneideigenschaften von Verbundwerkstoffen mit der ASTM D5379/ entwickelt. D5379M-19 V-gekerbte Balkenmethode Es bietet auch Prüfdienstleistungen an, die in der Norm definiert sind.