Tiêu chuẩn DIN 53293 Thử nghiệm kết cấu dạng sandwich - Thử nghiệm uốn

Tiêu chuẩn “DIN 53293 Thử nghiệm cấu trúc dạng sandwich - Thử nghiệm uốn”, do Viện Tiêu chuẩn hóa Đức (DIN) ban hành, mô tả phương pháp xác định các đặc tính uốn của vật liệu composite dạng sandwich (tấm sandwich). Cấu trúc dạng sandwich là vật liệu composite nhẹ bao gồm các thành phần sau:

Hai lớp ngoài mỏng, cứng (lớp bề mặt hoặc lớp phủ) thường được làm từ các vật liệu như nhựa gia cường sợi thủy tinh, nhựa gia cường sợi carbon, nhôm hoặc thép.
Ví dụ, ở giữa có một lõi dày hơn, nhẹ hơn:
Gỗ balsa
Cấu trúc dạng tổ ong (nhôm, giấy, aramid hoặc nhựa)
Xốp (ví dụ: polyurethane, PVC hoặc xốp nhôm)

Các vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp mà tỷ lệ độ cứng trên trọng lượng cao là yếu tố quan trọng, bao gồm:

Hàng không và vũ trụ
Xe ô tô và xe lửa
Ứng dụng hàng hải
Xây dựng và thi công (ví dụ: tấm ốp mặt tiền, xe tải đông lạnh)
Năng lượng gió (cánh quạt)
Thiết bị thể thao

Theo tiêu chuẩn DIN 53293, thử nghiệm uốn đánh giá các đặc tính cơ học cơ bản của tấm composite dạng sandwich dưới tải trọng uốn. Thử nghiệm này cung cấp dữ liệu về các thông số sau:

Độ cứng uốn (độ cứng chịu uốn)
Mômen uốn tối đa hoặc khả năng chịu tải trước khi hỏng
Hành vi lệch lạc
Các kiểu hỏng hóc (ví dụ: nhăn lớp bề mặt, hỏng do trượt lõi, hỏng do nén/kéo lớp bề mặt, tách lớp hoặc lõm dưới các điểm chịu tải)

Bài kiểm tra này đặc biệt hữu ích cho việc kiểm soát chất lượng, so sánh vật liệu, xác minh thiết kế và nghiên cứu về cấu trúc nhẹ.

Tiêu chuẩn DIN 53293 quy định thử nghiệm uốn bốn điểm. Cấu hình này được ưu tiên hơn so với thử nghiệm uốn ba điểm đối với vật liệu dạng sandwich vì:

Nó tạo ra mômen uốn không đổi giữa các điểm chịu tải bên trong.
Nó giúp giảm thiểu ứng suất cắt ở vùng trung tâm.
So với phương pháp lắp đặt ba điểm, phương pháp này giảm thiểu các tác động cục bộ (lõm) dưới các điểm chịu tải.

Cấu hình điển hình như sau:

Mẫu thử hình chữ nhật (kích thước được xác định trong tiêu chuẩn, thường phụ thuộc vào độ dày lõi và độ võng dự kiến).
Nó được nâng đỡ bởi hai điểm tựa bên ngoài.
Nó được chịu tải đối xứng tại hai điểm bên trong.
Thông thường, thử nghiệm được thực hiện trong điều kiện bán tĩnh cho đến khi xảy ra gãy vỡ hoặc đạt đến giới hạn biến dạng xác định.

Kết quả thường bao gồm những điều sau:

Đường cong tải trọng-biến dạng
Độ cứng uốn biểu kiến (độ cứng uốn tương đương)
Giá trị tải trọng tới hạn
Loại gãy xương được quan sát

Các tiêu chuẩn sau đây có liên quan đến tiêu chuẩn DIN 53293:

Phương pháp được mô tả tương tự nhưng không hoàn toàn giống với tiêu chuẩn “ASTM C393 Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn về đặc tính chịu cắt của lõi kết cấu sandwich bằng phương pháp uốn dầm”.
Các thử nghiệm uốn phù hợp cho nhựa thông thường hoặc nhựa gia cường sợi bao gồm tiêu chuẩn DIN EN ISO 178 (uốn ba điểm) hoặc tiêu chuẩn ISO 14125.
Trong một số trường hợp (ví dụ: tấm gia cường sợi), tiêu chuẩn DIN 53293 được sử dụng kết hợp với, hoặc để so sánh với, các tiêu chuẩn DIN EN ISO 14125 hoặc EN ISO 178.

Ngay cả nhiều năm sau khi được ban hành, tiêu chuẩn DIN 53293 vẫn được sử dụng làm tài liệu tham khảo trong các tài liệu kỹ thuật, phòng thí nghiệm thử nghiệm và chứng nhận sản phẩm, đặc biệt là ở châu Âu, đối với các tấm panel dạng sandwich được sử dụng trong giao thông vận tải và xây dựng.

Tóm lại, tiêu chuẩn DIN 53293 bao gồm phương pháp dùng để xác định hành vi uốn của cấu trúc dạng sandwich, đặc biệt là các tấm sandwich. Phương pháp này được áp dụng để đánh giá độ cứng, độ bền và hành vi gãy vỡ của vật liệu composite dạng sandwich dưới tải trọng.

Cấu trúc bánh sandwich thường bao gồm ba lớp:

Lớp bề mặt trên cùng: Đây là lớp chịu lực mỏng và bền.
Mặt đáy: Cung cấp khả năng chống uốn cong cùng với mặt trên.
Lõi: Nhẹ, dày và thường có cấu trúc dạng tổ ong hoặc xốp.

Thiết kế này cho phép đạt được độ cứng uốn cao với trọng lượng thấp.

Mục đích của phương pháp thử nghiệm này là để xác định những điều sau:

Độ bền uốn
mô đun uốn
Khả năng chịu tải tối đa
Loại gãy (gãy bề mặt, gãy lõi, gãy tách lớp, v.v.)

Việc kiểm tra thường được thực hiện bằng máy kiểm tra đa năng. Quy trình kiểm tra về cơ bản tuân theo các bước sau:

Chuẩn bị mẫu: Các mẫu hình chữ nhật có kích thước cụ thể được chuẩn bị. Độ dày mẫu và loại lõi được báo cáo.
Phương pháp tải: Có thể áp dụng thử nghiệm uốn ba điểm hoặc bốn điểm. Thử nghiệm được thực hiện theo phương thức điều khiển tải trọng hoặc điều khiển chuyển vị.
Các phép đo: Các phép đo sau đây được thực hiện:
Lực tác dụng
sự dịch chuyển điểm giữa
Tải trọng tối đa tại thời điểm gãy vỡ

Các thông số sau đây cũng được xác định:

Độ bền uốn: Ứng suất tối đa mà vật liệu có thể chịu được trước khi bị gãy.
Độ cứng uốn: Khả năng chống uốn cong của tấm. Độ dày lõi ảnh hưởng đáng kể đến giá trị này.
Phân tích phương thức hư hỏng:
Gãy do kéo căng lớp bề mặt
Bong gân ở phía chịu áp lực
gãy cắt lõi
Tách lớp bề mặt và lõi (tách lớp)

Tiêu chuẩn DIN 53293 được sử dụng đặc biệt trong các lĩnh vực sau:

Hàng không và vũ trụ
tự động
ở biển
Kết cấu (tấm ốp mặt tiền composite)
cánh quạt tuabin gió

Do cấu trúc dạng sandwich có trọng lượng nhẹ nhưng độ bền cao, nên thử nghiệm uốn được quy định trong tiêu chuẩn này được coi là rất quan trọng. Thử nghiệm này rất cần thiết vì...

Nó cung cấp chức năng xác thực thiết kế.
Nó kiểm soát chất lượng sản xuất.
Nó cho phép so sánh vật liệu.
Nó cung cấp dữ liệu quan trọng về mặt an ninh.

Trong nhiều năm qua, tổ chức của chúng tôi, với đội ngũ nhân viên có năng lực và kinh nghiệm, đã thấu hiểu nhu cầu của khách hàng, cung cấp các dịch vụ kiểm thử tiên tiến mà họ yêu cầu và hỗ trợ họ trong việc thiết lập, triển khai và cải tiến các hệ thống quản lý. Trong khuôn khổ này, chúng tôi cũng cung cấp các dịch vụ kiểm thử theo tiêu chuẩn DIN 53293.