آزمایش سازه‌های ساندویچی - آزمون خمش DIN 53293
استاندارد «DIN 53293 تست سازه‌های ساندویچی - تست خمش»، که توسط موسسه استاندارد آلمان (DIN) منتشر شده است، روشی را برای تعیین خواص خمشی کامپوزیت‌های ساندویچی (پانل‌های ساندویچی) شرح می‌دهد. سازه‌های ساندویچی، مواد کامپوزیتی سبکی هستند که از اجزای زیر تشکیل شده‌اند:
- دو لایه بیرونی نازک و سفت (لایه‌های سطحی یا لایه‌های پوششی) معمولاً از موادی مانند پلاستیک تقویت‌شده با الیاف شیشه، پلاستیک تقویت‌شده با الیاف کربن، آلومینیوم یا فولاد ساخته می‌شوند.
- یک هسته ضخیم‌تر و سبک‌تر در این بین وجود دارد، برای مثال:
- چوب بالسا
- سازه‌های لانه زنبوری (آلومینیوم، کاغذ، آرامید یا پلاستیک)
- فوم (مثلاً پلی اورتان، پی وی سی یا فوم آلومینیومی)
این مواد به طور گسترده در صنایعی که نسبت سختی به وزن بالا بسیار مهم است، از جمله موارد زیر استفاده می‌شوند:
- هواپیمایی و فضا
- وسایل نقلیه خودرو و راه آهن
- کاربردهای دریایی
- ساختمان و ساخت و ساز (به عنوان مثال، پنل‌های نما، کامیون‌های یخچال‌دار)
- انرژی باد (پره‌های روتور)
- تجهیزات ورزشی
طبق استاندارد DIN 53293، آزمایش‌های خمش، خواص مکانیکی اساسی ساندویچ پنل‌ها را تحت بار خمشی ارزیابی می‌کنند. این آزمایش داده‌هایی در مورد موارد زیر ارائه می‌دهد:
- سختی خمشی (سفتی خمشی)
- حداکثر گشتاور خمشی یا ظرفیت باربری قبل از شکست
- رفتار انحرافی
- حالت‌های شکست (مثلاً چروکیدگی لایه سطحی، شکست لغزشی هسته، شکست فشاری/کششی لایه سطحی، جدایش لایه یا فرورفتگی در نقاط بارگذاری)
این آزمایش به ویژه برای کنترل کیفیت، مقایسه مواد، تأیید طراحی و تحقیق در مورد سازه‌های سبک وزن مفید است.
استاندارد DIN 53293 آزمایش خمش چهار نقطه‌ای را تعریف می‌کند. این پیکربندی برای مواد ساندویچی به دلایل زیر نسبت به خمش سه نقطه‌ای ترجیح داده می‌شود:
- این یک گشتاور خمشی ثابت بین نقاط بارگذاری داخلی ایجاد می‌کند.
- تنش‌های برشی در ناحیه مرکزی را به حداقل می‌رساند.
- در مقایسه با نصب‌های سه نقطه‌ای، این روش اثرات موضعی (فرورفتگی) را در زیر نقاط بارگذاری کاهش می‌دهد.
تنظیمات معمول به شرح زیر است:
- نمونه آزمایش مستطیلی (ابعاد در استاندارد تعریف شده‌اند، معمولاً بسته به ضخامت هسته و انحراف مورد انتظار).
- توسط دو نقطه خارجی پشتیبانی می‌شود.
- به صورت متقارن در دو نقطه داخلی بارگذاری می‌شود.
- این آزمایش معمولاً در شرایط نیمه‌استاتیک تا زمان شکست یا رسیدن به حد تغییر شکل تعریف‌شده انجام می‌شود.
نتایج معمولاً شامل موارد زیر است:
- منحنی بار-تغییر شکل
- سختی خمشی ظاهری (سختی خمشی معادل)
- مقادیر بار بحرانی
- نوع شکستگی مشاهده شده
استانداردهای زیر مربوط به استاندارد DIN 53293 هستند:
- روش شرح داده شده مشابه، اما نه دقیقاً مشابه استاندارد «روش آزمون استاندارد ASTM C393 برای خواص برشی هسته سازه‌های ساندویچی با خمش تیر» است.
- آزمونهای خمش مربوط به پلاستیک‌های عمومی یا پلاستیک‌های تقویت‌شده با الیاف شامل استانداردهای DIN EN ISO 178 (خمش سه نقطه‌ای) یا ISO 14125 می‌شوند.
- در برخی زمینه‌ها (مثلاً پنل‌های تقویت‌شده با الیاف)، استاندارد DIN 53293 همراه با استانداردهای DIN EN ISO 14125 یا EN ISO 178 یا در مقایسه با آنها استفاده می‌شود.
حتی سال‌ها پس از انتشار، استاندارد DIN 53293 هنوز به عنوان مرجع در متون فنی، آزمایشگاه‌های تست و گواهینامه‌های محصول، به ویژه در اروپا، برای ساندویچ پانل‌های مورد استفاده در حمل و نقل و ساخت و ساز استفاده می‌شود.
به طور خلاصه، استاندارد DIN 53293 شامل روشی است که برای تعیین رفتار خمشی سازه‌های ساندویچی، به ویژه پانل‌های ساندویچی، استفاده می‌شود. این روش برای ارزیابی سختی، استحکام و رفتار شکست کامپوزیت‌های ساندویچی تحت بار اعمال می‌شود.
سازه‌های ساندویچی معمولاً از سه لایه تشکیل شده‌اند:
- سطح بالایی: این لایه نازک و بادوام، بار را تحمل می‌کند.
- سطح زیرین: به همراه سطح رویی، مقاومت خمشی را فراهم می‌کند.
- هسته: سبک، ضخیم و معمولاً دارای ساختار لانه زنبوری یا فومی است.
این طراحی امکان استحکام خمشی بالا با وزن کم را فراهم می‌کند.
هدف از این روش آزمایش، تعیین موارد زیر است:
- استحکام خمشی
- مدول خمشی
- حداکثر ظرفیت حمل بار
- نوع شکستگی (شکستگی سطحی، خرد شدن هسته، رخ و غیره)
این آزمایش معمولاً با استفاده از یک دستگاه تست یونیورسال انجام می‌شود. فرآیند آزمایش اساساً از این مراحل پیروی می‌کند:
- آماده‌سازی نمونه: نمونه‌های مستطیلی با ابعاد مشخص تهیه می‌شوند. ضخامت نمونه و نوع مغزه گزارش می‌شود.
- روش بارگذاری: می‌توان از آزمایش خمش سه نقطه‌ای یا چهار نقطه‌ای استفاده کرد. این آزمایش به صورت کنترل بار یا کنترل جابجایی انجام می‌شود.
- اندازه‌گیری‌ها: اندازه‌گیری‌های زیر انجام می‌شود:
- نیروی اعمال شده
- جابجایی نقطه میانی
- حداکثر بار در لحظه شکست
پارامترهای زیر نیز تعیین می‌شوند:
- مقاومت خمشی: حداکثر تنشی که یک ماده می‌تواند قبل از شکست تحمل کند.
- استحکام خمشی: مقاومت پنل در برابر خمش. ضخامت هسته به طور قابل توجهی بر این مقدار تأثیر می‌گذارد.
- تحلیل حالت آسیب:
- شکست کششی لایه سطحی
- پیچ خوردگی در سمت فشار
- شکستگی برشی هسته
- جداسازی سطح از هسته (لایه لایه شدن)
استاندارد DIN 53293 به طور خاص در بخش‌های زیر استفاده می‌شود:
- هواپیمایی و فضا
- خودرو
- دریایی
- ساخت و ساز (پانل های نمای کامپوزیت)
- پره‌های توربین بادی
از آنجا که سازه‌های ساندویچی سیستم‌هایی سبک اما با مقاومت بالا هستند، آزمایش خمش تعریف شده در این استاندارد مهم تلقی می‌شود. این آزمایش بسیار مهم است زیرا...
- اعتبارسنجی طراحی را فراهم می‌کند.
- کیفیت تولید را کنترل می‌کند.
- امکان مقایسه مواد را فراهم می‌کند.
- داده‌های حیاتی امنیتی را فراهم می‌کند.
سال‌هاست که سازمان ما با کادری متخصص و باتجربه، نیازهای مشتریان خود را درک کرده، خدمات تست پیشرفته مورد نیاز آنها را ارائه می‌دهد و در ایجاد، پیاده‌سازی و بهبود سیستم‌های مدیریتی به آنها کمک می‌کند. در این چارچوب، ما همچنین خدمات تست مطابق با استاندارد DIN 53293 ارائه می‌دهیم.
