ISO 14126 | ASTM D3410: Shear Loading Compression
Las normas ¡ISO 14126 y ASTM D3410 describen el ensayo de compresión con transmisión de fuerza de cizalladura (Shear Loading Compression) en composites. El objetivo de este método de ensayo estándar es determinar las propiedades de compresión en el plano laminar.
Este método consiste en aplicar la fuerza de compresión a través de fuerzas de cizallamiento en el dispositivo de ensayo y en la probeta, generalmente reforzada con tiras. Si la longitud de sujeción es suficiente, se consigue una distribución homogénea de la tensión en la zona central no apoyada de la probeta.
Una ventaja la proporciona el buen guiado axial de la probeta durante el ensayo y el hecho de no aplicar la fuerza a través de las caras frontales. De este modo, no es necesario un mecanizado de alta precisión de las caras frontales de la probeta.
La norma DIN EN 2850 también describe el ensayo de compresión con carga de cizalladura en materiales compuestos (tipo A).
Shear Loading Compression según ISO 14126 y ASTM D3410
El método Shear Loading Compression se estandarizó en la ASTM D3410 en la década de 1980 como un dispositivo de ensayos Celanese con elementos de sujeción cónicos. En este dispositivo, originalmente de tipo Celanese, sin embargo, las variaciones en el espesor de la probeta provocaron un apoyo lineal inaceptable de los elementos de sujeción cónicos. En las normas DIN 65375 y DIN EN 2850 (Tipo A), los dispositivos Celanese modificados solucionan este problema con cuñas planas.
El IITRI en Estados Unidos desarrolló un dispositivo similar con guía de columnas que, en la actual ASTM D3410, sustituye al antiguo dispositivo de compresión tipo Celanese. Al igual que con el dispositivo tipo Celanese modificado, la probeta de compresión se sujeta en cuñas planas.
La probeta de compresión se coloca primero en las mandíbulas, con la ayuda de una herramienta. A continuación, se insertan las mandíbulas en cuña con la probeta incorporada en el dispositivo de compresión.
La presión de apriete se genera durante el ensayo a través de la fuerza longitudinal mediante el efecto palanca. Sin embargo, se puede producir un movimiento de las cuñas y, con ello, una carga irregular de la probeta.
Para determinar la validez del ensayo de compresión cuantificando las deformaciones por flexión superpuestas (porcentaje de flexión), se lleva a cabo una medición de deformación por separado con bandas extensométricas (galgas extensométricas) aplicadas centralmente en ambos lados. Para determinar la deformación por compresión se calcula el promedio de las señales de las bandas extensométricas.
Con el dispositivo de compresión hidráulico patentado, HCCF, desarrollado originalmente por IMA Dresden y disponible en ZwickRoell, los ensayos de compresión en composites se pueden llevar a cabo utilizando los métodos de ensayos comunes de compresión bajo carga de cizallamiento (Shear Loading Compression).
El dispositivo HCCF es de fácil acceso, manejo sencillo e incorpora unas mordazas fijas que permanecen alineadas con precisión durante el ensayo y no pueden deslizarse.
El método Shear Loading Compression es adecuado para materiales compuestos unidireccionales con menor resistencia en la dirección de la fibra, así como para ensayos de compresión de tejidos y laminados compuestos multidireccionales.
En el caso de los materiales compuestos reforzados con fibras de carbono con altas resistencias y los ensayos de compresión con laminados unidireccionales en la dirección de las fibras (UD0°), a menudo, la sola aplicación de fuerzas de cizalladura no es suficiente. Existen modos de falla no válidos (aplastamiento final, falla del pegamento) o resistencias a la compresión más bajas debido a una distribución de tensión no homogénea en la longitud de la probeta libre. En este caso, es mejor utilizar el método de compresión de carga combinada Combined Loading Compression.
Dispositivo de compresión (shear loading), tipo IITRI
- Ámbito de aplicación: El dispositivo de compresión empleado para el ensayo de materiales de compuestos reforzados con fibras sigue la norma ASTM D 3410.
- Descripción del funcionamiento: El dispositivo de compresión está basado en el principio de sujeción en cuña. El dispositivo está compuesto por los siguientes componentes: alojamiento superior, cuerpo de la mordaza, 3 juegos de mandíbulas en cuña, patrón de ajuste con centraje.
Con la unidad de centrado, se alinea la probeta exactamente con las mandíbulas en cuña. La probeta fijada se inserta junto con las mandíbulas en cuña en el cuerpo inferior de la mordaza. El cuerpo superior de la mordaza se inserta en el alojamiento superior. Las partes del dispositivo quedan encajadas una dentro de la otra. Los bulones de centrado garantizan la alineación de la mordaza superior con la inferior.
- Ventajas:
- Unidad de centrado para alineación del cuerpo de la probeta
- Para fuerzas de compresión hasta 220 kN
- Amplio rango de temperatura de -70 … 300 °C
- No requiere el mecanizado de la parte frontal de las probetas
Dispositivo de compresión hidráulico para materiales compuestos (HCCF)
- Ámbito de aplicación:
- Ensayo según las normas ISO 14126, prEN2850, Airbus AITM 1-0008, ASTM D 3410, ASTM D 6641, JIS K 7076, RAE TR 88012 CRAG mét. 400 y 401, QVA-Z10-46-38, ASTM C 1358, documento Airbus X88SP1105735: 'Compression plain test according to AITM 1.0008 A1 and A2 with ZwickRoell HCCF'
- Ensayos de compresión 'Plain', 'Open Hole' y 'Filled Hole' con aplicación de fuerza a través de las sujeción (shear loading) o con aplicación de fuerza combinada con soporte frontal y sujeción simultánea (combined loading)
- Descripción del funcionamiento: El dispositivo de compresión hidráulico para materiales compuestos (HCCF = Hydraulic Composites Compression Fixture) sirve para determinar las propiedades de compresión en materiales compuestos reforzados con fibras largas. Generalmente, la deformación se mide por ambos lados con bandas extensométricas (long. galga > 3 mm).
El dispositivo de compresión está diseñado con un orificio de conexión en la parte superior. La parte inferior, se coloca sobre un plato de compresión. Para probetas con una distancia entre las tiras de refuerzo y la longitud de sujeción de mín. 2 mm superior a la longitud inicial, se puede utilizar un extensómetro longitudinal clip-on con medición por ambos y dispositivo de sujeción a medida del cliente.
Ventajas:
- Para ensayos en el rango de temperatura más amplio de -60 °C a +150 °C.
- Su diseño en forma de C permite cambiar fácilmente de probeta y facilita el uso de sistemas extensométricos.
- Gracias a su construcción, las probetas quedan perfectamente alineadas.
- Gracias al sistema de sujeción hidráulico de cierre paralelo, se evita el efecto «stick-slip» y, con ello, se garantiza una aplicación de la fuerza sin flexiones con una velocidad de deformación en general constante.
- Ambas mordazas están completamente alineadas gracias a las guías de precisión.
- Las guías lineales de bolas de baja fricción evitan la distorsión de los resultados de medición.
- El soporte magnético de las mandíbulas móviles facilita el cambio de probeta y la limpieza de las superficies de agarre
