DIN 53293 Badanie konstrukcji warstwowych – badanie zginania

Norma „DIN 53293 Badanie struktur warstwowych – Badanie zginania”, wydana przez Niemiecki Instytut Normalizacyjny (DIN), opisuje metodę określania właściwości zginania kompozytów warstwowych (płyt warstwowych). Konstrukcje warstwowe to lekkie materiały kompozytowe składające się z następujących elementów:

• Dwie cienkie, sztywne warstwy zewnętrzne (warstwy powierzchniowe lub powłoki) są zazwyczaj wykonane z materiałów takich jak tworzywo sztuczne wzmocnione włóknem szklanym, tworzywo sztuczne wzmocnione włóknem węglowym, aluminium lub stal.
• Pomiędzy nimi znajduje się grubszy, lżejszy rdzeń, na przykład:
• Drewno balsowe
• Konstrukcje o strukturze plastra miodu (aluminium, papier, aramid lub tworzywo sztuczne)
• Pianka (np. poliuretanowa, PVC lub aluminiowa)

Materiały te są powszechnie stosowane w gałęziach przemysłu, w których kluczowy jest wysoki stosunek twardości do masy, w tym:

• Lotnictwo i kosmos
• Pojazdy samochodowe i kolejowe
• Zastosowania morskie
• Budownictwo (np. panele elewacyjne, chłodnie samochodowe)
• Energia wiatrowa (łopaty wirnika)
• Wyposażenie sportowe

Zgodnie z normą DIN 53293, badania zginania służą do oceny podstawowych właściwości mechanicznych płyt warstwowych pod obciążeniem zginającym. Badanie to dostarcza danych na temat:

• Sztywność zginania (sztywność zginania)
• Maksymalny moment zginający lub nośność przed zniszczeniem
• Zachowanie dewiacyjne
• Sposoby uszkodzenia (np. marszczenie warstwy powierzchniowej, poślizg rdzenia, uszkodzenie wskutek ściskania/rozciągania warstwy powierzchniowej, rozdzielenie warstw lub wgniecenie pod punktami obciążenia)

Test ten jest szczególnie przydatny do kontroli jakości, porównywania materiałów, weryfikacji projektów i badań nad lekkimi konstrukcjami.

Norma DIN 53293 definiuje czteropunktową próbę zginania. Ta konfiguracja jest preferowana w porównaniu z trzypunktową próbą zginania w przypadku materiałów warstwowych, ponieważ:

• Tworzy stały moment zginający pomiędzy wewnętrznymi punktami obciążenia.
• Minimalizuje naprężenia ścinające w części centralnej.
• W porównaniu z montażem trzypunktowym zmniejsza on lokalne efekty (wgniecenia) pod punktami obciążenia.

Typowa konfiguracja wygląda następująco:

• Próbka prostokątna (wymiary są określone w normie, zazwyczaj zależą od grubości rdzenia i przewidywanego ugięcia).
• Podpierany jest przez dwa punkty zewnętrzne.
• Obciążenie jest symetryczne w dwóch punktach wewnętrznych.
• Badanie przeprowadza się zazwyczaj w warunkach półstatycznych, aż do momentu pęknięcia lub osiągnięcia określonej granicy odkształcenia.

Wyniki zazwyczaj obejmują:

• Krzywa obciążenia i odkształcenia
• Pozorna sztywność zginania (równoważna sztywność zginania)
• Wartości krytycznego obciążenia
• Rodzaj zaobserwowanego złamania

Poniższe normy odnoszą się do normy DIN 53293:

• Opisana metoda jest podobna, ale nie do końca taka sama, do normy „ASTM C393 Standardowa metoda badania właściwości ścinania rdzenia konstrukcji warstwowych poprzez zginanie belki”.
• Odpowiednie badania wytrzymałości na zginanie tworzyw sztucznych ogólnego przeznaczenia i tworzyw wzmacnianych włóknami obejmują normy DIN EN ISO 178 (zginanie trzypunktowe) lub ISO 14125.
• W niektórych kontekstach (np. w przypadku płyt wzmacnianych włóknem szklanym) normę DIN 53293 stosuje się w powiązaniu z normami DIN EN ISO 14125 lub EN ISO 178 albo w porównaniu z nimi.

Nawet wiele lat po jej opublikowaniu norma DIN 53293 jest nadal wykorzystywana jako punkt odniesienia w literaturze technicznej, laboratoriach badawczych i procesach certyfikacji produktów, szczególnie w Europie, w przypadku płyt warstwowych stosowanych w transporcie i budownictwie.

Krótko mówiąc, norma DIN 53293 zawiera metodę określania zachowania się konstrukcji warstwowych przy zginaniu, zwłaszcza paneli warstwowych. Metodę tę stosuje się do oceny sztywności, wytrzymałości i pękania kompozytów warstwowych pod obciążeniem.

Konstrukcje typu sandwich zazwyczaj składają się z trzech warstw:

• Powierzchnia górna: Jest to cienka i trwała warstwa nośna.
• Powierzchnia dolna: zapewnia odporność na zginanie wraz z powierzchnią górną.
• Rdzeń: lekki, gruby, zwykle o strukturze plastra miodu lub pianki.

Taka konstrukcja zapewnia dużą sztywność gięcia przy niskiej wadze.

Celem tej metody badawczej jest określenie następujących kwestii:

• Wytrzymałość na zginanie
• Moduł zginania
• Maksymalna nośność
• Rodzaj pęknięcia (pęknięcia powierzchniowe, zmiażdżenia rdzenia, rozszczepienia itp.)

Test zazwyczaj przeprowadza się za pomocą uniwersalnej maszyny testującej. Proces testowania przebiega zasadniczo według następujących kroków:

• Przygotowanie próbek: Przygotowuje się próbki prostokątne o określonych wymiarach. Podano grubość próbki i rodzaj rdzenia.
• Metoda obciążenia: Można zastosować próbę zginania trzypunktowego lub czteropunktowego. Wykonuje się ją w sposób kontrolowany obciążeniem lub przemieszczeniem.
• Pomiary: Dokonuje się następujących pomiarów:
• Zastosowana siła
• Przemieszczenie punktu środkowego
• Maksymalne obciążenie w momencie pęknięcia

Określane są również następujące parametry:

• Wytrzymałość na zginanie: maksymalne naprężenie, jakie materiał może wytrzymać, zanim ulegnie pęknięciu.
• Sztywność zginania: odporność panelu na zginanie. Grubość rdzenia ma istotny wpływ na tę wartość.
• Analiza trybu uszkodzeń:
• Pęknięcie rozciągające warstwy powierzchniowej
• Skręcenie po stronie nacisku
• Pęknięcie ścinające rdzenia
• Separacja powierzchni od rdzenia (delaminacja)

Norma DIN 53293 stosowana jest w szczególności w następujących sektorach:

• Lotnictwo i kosmos
• automobilowy
• marynarka
• Budownictwo (płyty elewacyjne kompozytowe)
• Łopaty turbin wiatrowych

Ponieważ konstrukcje warstwowe są lekkie, a jednocześnie charakteryzują się wysoką wytrzymałością, badanie wytrzymałości na zginanie zdefiniowane w tej normie jest uważane za istotne. Badanie to jest kluczowe, ponieważ...

• Zapewnia walidację projektu.
• Kontroluje jakość produkcji.
• Umożliwia porównanie materiałów.
• Zapewnia dane krytyczne pod względem bezpieczeństwa.

Nasza organizacja, dysponująca kompetentną i doświadczoną kadrą, od wielu lat rozumie potrzeby swoich klientów, zapewniając im zaawansowane usługi testowe, których potrzebują, oraz wspierając ich we wdrażaniu, wdrażaniu i doskonaleniu systemów zarządzania. W tym zakresie świadczymy również usługi testowe zgodne z normą DIN 53293.