Attrezzature di prova per test di compressione e test di compressione su provino con intaglio OHC, FHC 

Scopo della prova

Le prove di compressione sono utilizzate per la caratterizzazione delle diverse proprietà di compressione come modulo di compressione e reistenza alla compressione. Esse vengono eseguite su compositi fibrorinforzati con fibre unidirezionali, in direzione 0° o 90°, laminati multidirezionali, fibre, tessuti e materiali matrice composti da plastiche sintetiche o termoplastiche.

Oltre ai test su laminati non danneggiati vengono utilizzati metodi per la caratterizzazione dell'influenza dei danni sotto forma di foro. Le prove di compressione con intaglio come i test open hole compression (OHC) e filled hole compression (FHC) con vite o bullone inserito simulano le condizioni di una struttura composita con una vite o un rivetto.

Le prove di compressione richiedono elevate esigenze di preparazione dei provini, del personale addetto al laboratorio che effettua le prove e della stessa tecnologia di prova. Quando viene introdotto un carico al laminato, si devono evitare picchi di tensione di taglio e deformazione trasversali, per caratterizzare le proprietà reali del materiale nella direzione di interesse.

Negli ultimi anni sono stati sviluppati diversi metodi di prova i quali dimostrano una forza diversa.

Prove di Compressione con Carico Ultimo

Questa procedura è basata sulla normativa ASTM D 695 ed è stata in seguito sviluppata in varie normative. Queste prove possono essere eseguite con disposizione di prova relativamente semplici, è richiesto solo un blocco di supporto posizionato verticalmente.  In questo metodo il provino viene posizionato tra due piatti di compressione in direzione longitudinale. Un supporto previene la rottura prematura del materiale.

La prova viene eseguita in due fasi:

  • Viene utilizzato un provino senza rinforzi per misurare il modulo di compressione, mentre la deformazione viene misurata con uno strain gage.
  • Il provino viene rinforzato per misurare la forza di compressione. Questo previene la rottura prematura del materiale nei punti di applicazione del carico.
Questo metodo è descritto nelle normative ISO, ASTM, EN, DIN, e altre norme. Normalmente, i valori del modulo di compressione facilmente riproducibili possono essere raggiunti se il test viene eseguito correttamente, per questo spesso si verificano grandi dispersioni quando si determina la forza di compressione.

Misurazione del modulo di compressione: Se i valori di deformazione del provino sono ridotti, possono essere determinati valori del modulo di compressione riproducibili. Se i valori di deformazione del provino sono elevati, la deformazione incontrollata nei punti di applicazione del carico, può causare limitazioni alla prova stessa.

L'applicazione dei rinforzi nelle zone di applicazione del carico, consente di ottenere la rottura del campione nel tratto utile. Le delaminazioni complete avvengono prima della rottura completa del provino e sono visibili nel diagramma. Questo metodo richiede un processo altamente preciso della superficie frontale del provino. 

Prove di compressione con carico ultimo combinato

Questa procedura è adatta per prove su compositi rinforzati con fibre sotto carichi maggiori rispetto a quelli che si verificano con sezioni trasversali di provini più grandi. Una parte della forza di compressione viene caricata tramite l'aggraffaggio del provino, la parte restante sulle estremità del provino. La lunghezza del provino corrisponde esattamente alla lunghezza dgli inserti, ed è maggiore di quella in semplici prove di compressione con carico ultimo. Esigenze molto elevate sono poste sulla preparazione delle estremità dei provini, così come nella procedura di carico ultimo.

  • LaASTM D 6641 e la procedura 2 in riferimento alla ISO 14126 descrive un dispositivo di prova meccanico composto da 4 elementi collegati tra loro da colonne guida. La forza di chiusura viene generata da 8 viti strette con una chiave a torsione. Il dispositivo di prova con provino integrato viene posizionato tra due piatti di compressione nella macchina di prova.
  • Un miglioramento della procedura è stato definito nella normativa Airbus AITM AITM 1.0008 edizione 2010, la quale descrive sia il carico di taglio che quello combinato. L'applicazione della forza di serraggio viene descritta come principio di serraggio parallelo e idraulico. Alcuni studi dimostrano come immagini di rottura valide vengono ottenute quando picchi di serraggio in transizione tra la lunghezza di serraggio libera e l'area di serraggio vengono evitati dal design strutturale degli inserti. Questo viene descritto nella normativa Airbus come "introduzione carico leggero" . 
  • Il dispositivo di prova HCCF sviluppato e brevettato da IMA Dresden soddisfa i requisiti della normativa ASTM D6641. Con questo dispositivo di compressione, viene applicata idraulicamente la forza di serraggio ed impostata tramite pressione.
  • Per i laboratori che eseguono regolarmente test di compressione, questo dispositivo di prova offre un'accessibilità eccellente dalla parte anteriore, semplificando la gestione e la pulizia.
  • Il dispositivo di prova HCCF rispetta i requisiti della AITM 1.0008. È stato testato ed approvato da Airbus in Bremen.
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