Zkouška CAI: Zkouška tlakem po rázu
Zkouška tlakem po rázu je zkušební metoda používaná ke stanovení zbytkové pevnosti v tlaku laminátového materiálu po poškození nárazem. Zkouška CAI se používá k vyvození závěrů o odolnosti vícevrstvého kompozitu vůči poškození.
Normy ASTM D7136 a ASTM D7137 popisují proces předběžného poškození na padostroji nebo zkoušku tlakem pro stanovení odolnosti kompozitů proti poškození. Zkouška CAI je popsána také v normách ISO 18352, Airbus AITM 1.0010 a Boeing BSS 7260 typ II.
Cíl zkoušky CAI Normy Předběžné poškození zkušebních desek Zkouška tlakem CAI Ke stažení
Účel zkoušky tlakem po rázu
Zkouška tlakem po rázu (CAI) je zkušební metoda používaná ke stanovení zbytkové pevnosti v tlaku laminátového materiálu) po poškození nárazem. Vzorek vyrobený z vícesměrného laminátu se nejprve předem poškodí rázem energií specifikovanou v příslušné zkušební normě.
Pomocí rázové zkoušky a stanovení zbytkové pevnosti v tlaku z následné statické tlakové zkoušky lze vyhodnotit odolnost vláknového kompozitního laminátu proti možnému poškození rázem. U kompozitních konstrukcí používaných v letectví může být poškození nárazem způsobeno například pádem nástroje při údržbě, odlétnutým kamením při vzletu a přistání nebo srážkou s pozemními vozidly údržby.
Protože poškození na straně nárazu je někdy obtížně zjistitelné, často se označuje jako „sotva viditelné poškození nárazem“, zatímco uvnitř laminátu a na opačné straně může dojít k masivnímu poškození s výraznými trhlinami v matrici a delaminaci.
Zkoušku CAI lze rozdělit na tři fáze:
- Poškození rázem na vhodném padostroji s energií nárazu podle standardizované specifikace.
- Vyhodnocení a zdokumentování poškození nárazem – měřením deformace v místě nárazu a dodatečné vyhodnocení poškození uvnitř laminátu nedestruktivní zkušební metodou, např. pomocí ultrazvuku (C-scan).
Upozornění: Přístroj pro nedestruktivní zkoušky (NDT) pomocí C-scan není součástí portfolia společnosti ZwickRoell. Tímto bychom vás odkázali na jiné dodavatele. - Stanovení statické zbytkové pevnosti v tlaku pomocí vhodného statického zkušebního stroje a zkušebního zařízení CAI.
Jaké normy se využívají pro zkoušky CAI?
Mezi běžně používané normy pro zkoušku tlakem po nárazu patří:
- ASTM D7136: Měření odolnosti kompozitu s polymerní matricí vyztuženou vlákny proti poškození při dopadu závaží (na padostroji).
- ASTM D7137: Zbytková pevnost v tlaku poškozených kompozitních desek s polymerní matricí.
- ISO 18352: Stanovení vlastností zkouškou tlakem po rázu s definovanou hodnotou energie.
- AITM 1.0010: Metoda Airbus pro stanovení pevnosti v tlaku po rázu
- Boeing BSS 7260, typ II: Zkouška pevnosti v tlaku po rázu kompozitních laminátů
Norma ASTM D7136 popisuje rázovou zkoušku a vyhodnocení a dokumentování porušení po zkoušce rázem. Norma ASTM D7137 popisuje statickou zkoušku tlakem pro stanovení zbytkové pevnosti poškozeného laminátu.
Všechny ostatní uvedené normy popisují tři fáze provedení zkoušky. Postup pro vyhodnocení vnitřního poškození nedestruktivní zkouškou není podrobně popsán.
Provedení zkoušky CAI: předpoškození vzorku
Na padostroji HIT230F nebo HIT600F se vzorek upnutý v přípravku dopředu poškodí nárazem závaží o definované energii podle specifikace v jedné z norem. Podle použité normy se mohou rozměry upínacího zařízení a upínací polohy mírně lišit.
Pro jednodušší provedení zkoušky se vzorky upnou mimo zkušební zařízení a poté se přesunou do zkušební ho prostoru. Při zkoušce rázem je důležité použít pádové závaží se systémem zachycení zpětného rázu, aby se zabránilo zastření prvotního rázového poškození opakovaným poskočením úderníku do vzorku. Použitím instrumentovaného padostroje je možné zaznamenat křivku závislostí síly, rychlosti nárazu a energie nárazu absorbovanou vzorkem.
Související zkušební stroje pro předběžné poškození vzorku
Instrumentovaný padostroj HIT230F s nastavitelnou výškou pádu až do 1 metru, integrovaným měřením rychlosti v místě nárazu, protiodrazovým zařízením, odpovídajícím úderníkem pro nárazovou zkoušku (průměr 16 mm) a snadno vyměnitelnými závažími pro nastavení různých energií nárazu je speciálně navržen tak, aby splňoval požadavky na předběžné poškození vzorků pro testy CAI.
Instrumentovaný padostroj HIT600F je také ideální pro aplikaci předběžných poškozujících sil při zkoušce CAI. Může dosáhnout ještě vyšších rychlostí a nárazových energií díky nastavení větší výšky pádu závaží a volitelné akcelerační jednotky. Je proto vhodný i pro provádění víceosých zkoušek průrazem plastových vzorků.
Provedení zkoušky CAI: statická zkouška tlakem
Po předběžném poškození vzorku při rázové zkoušce na padostroji se vyhodnotí poškození. Změří se deformace v místě nárazu a určí se rozsah poškození na vnitřní straně laminátu pomocí nedestruktivních metody. Pak se provede vlastní statická zkouška tlakem pro stanovení zbytkové pevnosti v tlaku (CAI).
Při této zkoušce se předem poškozený vzorek nainstaluje do speciálního zkušebního tlačného přípravku (CAI). Vzhledem k tomu, že se obecné požadavky na upnutí vzorků ve zkušebních normách CAI liší, používají se pro zkoušku tlakem dvě různá zkušební tělesa.
- Podle norem ASTM D7137 a Boeing BSS 7260 typ II je vzorek veden ze všech čtyř stran, ale není sevřen.
- Podle norem ISO 18352 a Airbus AITM 1.0010 je vzorek upnut nahoře i dole a je veden po stranách v liniovém dotyku.
Přípravek pro zkoušku tlakem (tlak po rázu) CAI
Přípravek pro CAI se umístí mezi dvě tlačné desky instalované ve zkušebním stroji. Při zkoušce CAI je vzorek vystaven tlakovému zatížení až do porušení. Zkouška tlakem po rázu je platná, pokud se vzorek poruší v centrální oblasti působícího nárazového poškození. Porušení v horní nebo dolní upínací čelisti či v jejich blízkosti není přípustné.
Výhody:
- Snadná výměna vzorků díky jednoduché manipulaci s přípravkem CAI
- Použití v širokém teplotním rozmezí od -70 °C do +300 °C
- Zvýšená boční tuhost díky opěrným nosníkům zabraňuje ohybu přípravku do stran, zejména při použití netradičních laminátových struktur
- Vyměnitelné karbidové destičky na horní a dolní kontaktní ploše se vzorkem minimalizují povrchové opotřebení silně namáhaných ploch.
Zkouška tlakem po rázu (CAI) podle ASTM D7137
Při zkouškách tlakem po rázu (CAI) se předem poškozený kompozitní vzorek zkouší pomocí speciálního zkušebního tlačného přípravku až do 600 kN. Zkouška tlakem po rázu se provádí na zkušebním stroji Z600E v teplotním rozsahu od -60 °C do +350 °C.
Související zkušební stroje pro zkoušky tlakem (CAI)
Při zkoušce tlakem po rázu lze při použití relativně velkých vzorků o rozměrech 100 mm x 150 mm x 5 mm (šířka x délka x tloušťka) snadno dosáhnout síly přesahující 100 kN. To také závisí na typu zkoušeného kompozitního materiálu (např. CFRP nebo GFRP), typu vláknité výztuže (např. UD, scrim, tkanina) nebo použití jiných struktur laminátů a rozměrů, než jsou jmenovité parametry definované zkušebních normách.
Zkoušky CAI by se proto měly provádět na statickém stroji pro zkoušení materiálů se jmenovitým zatížením 150 kN až 250 kN. Pro zkoušku CAI s lamináty o větších tloušťkách lze také použít zesílené přípravky a stroje pro statické zkoušky materiálů s vyšším jmenovitým zatížením až do 600 kN.
Pro ověření přesného seřízení zkušebního uspořádání a rozměrové přesnosti tlačného přípravku CAI se používají zkušební vzorky s tenzometry připevněnými na protilehlých stranách vzorku (celkem 4 na vzorek) při každé změně nastavení zkušebního uspořádání nebo ve stanovených intervalech udávaných normami. Signály z tenzometrů lze buď přenášet do elektroniky zkušebního stroje pomocí speciálního rozhraní, nebo použít vhodný univerzální měřicí zesilovač.
Časté dotazy
Zkouška rázem se používá k předběžnému poškození kompozitního vzorku. Následnou statickou zkouškou tlakem se stanoví zbytková pevnost vzorku. To umožňuje vyhodnotit odolnost vláknového kompozitního laminátu proti poškození při nárazu.
Zkouška tlakem po rázu (test CAI) simuluje poškození kompozitního materiálu, k nimž může dojít například v letadlech nebo vozidlech v důsledku nárazu kamene, ptáka nebo při nehodě. Charakteristická hodnota vyhodnocená při této zkoušce se označuje jako zbytková pevnost v tlaku.
Ke zkoušce CAI potřebujete padostroj pro předběžné poškození vzorku a statickou zkušební stroj pro zkoušku tlakem.