ASTM D695: Compressione carico assiale
Lo standard ASTM D695 descrive la prova di compressione con carico assiale. Il metodo di prova standard è utilizzato per determinare le proprietà di compressione delle materie plastiche e dei materiali compositi rinforzati con fibre continue.
Questa procedura è basata sulla normativa ASTM D695 ed è stata in seguito sviluppata in altre normative, DIN EN 2850 e Boeing BSS 7260 Tipo III e IV, relative alle prove sui materiali compositi rinforzati con fibre continue. Le prove necessitano di una semplice preparazione, serve solo un kit per test di compressione con incluso un blocco di supporto posizionato verticalmente.
Anche le norme DIN EN 2850 (Tipo B) e Boeing BSS 7260 (Tipo III e Tipo IV) descrivono la prova di compressione con carico assiale sui compositi.
ASTM D695: Obiettivi & valori caratteristici
Utilizzando la prova di compressione ASTM D695, con supporti di compressione, e in particolare le varianti sviluppate da ASTM D695 (EN 2850 Metodo B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260 Tipo III e IV), è possibile determinare i seguenti risultati e valori caratteristici per le materie plastiche fibrorinforzate:
- Stress a compressione: forza di compressione relativa alla sezione trasversale iniziale del provino
- Deformazione alla compressione: variazione della base di misura rispetto a quella iniziale nella direzione del carico (solo se si utilizza un sistema di misurazione adeguato, vedi sotto).
- Modulo di compressione: pendenza della curva sforzo-deformazione in un determinato intervallo di deformazione nell'intervallo elastico. Chiamato anche modulo elastico o modulo di Young.
- Resistenza alla compressione: valore massimo dello sforzo a compressione determinato nella prova di compressione.
Informazioni importanti sulla determinazione dei risultati
Per le plastiche non rinforzate e rinforzate con uno spessore < 3,2 mm, la norma ASTM D695 prevede un provino a osso di cane, con cui è possibile determinare in una prova il modulo di compressione (se si utilizza un sistema di misurazione della deformazione adeguato) e la resistenza alla compressione. A tale scopo è necessario utilizzare una dima di supporto aggiuntiva.
Tuttavia, i provini a osso di cane non sono adatti per i compositi UD. Le varianti sviluppate a partire dall'ASTM D695 (EN 2850 Metodo B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260 Tipo III e IV) utilizzano quindi sempre due diversi provini di sezione rettangolare uniforme:
- Un provino senza “tacco” per la determinazione del modulo di compressione. Questo provino non deve essere utilizzato per determinare la resistenza alla compressione, poiché il cedimento prematuro si verifica sempre sulle estremità terminali a una sollecitazione di compressione inferiore alla resistenza alla compressione del materiale da testare.
- Un . Affinché la prova sia valida, il provino deve cedere entro la lunghezza libera del provino. Questo provino non è adatto nemmeno per la determinazione del modulo di compressione, poiché è difficile applicare estensimetri entro la lunghezza libera del provino (circa 5 mm).
Poiché la forza viene applicata esclusivamente attraverso le estremità del provino, in tutti i casi, è essenziale un trattamento molto preciso delle stesse.
Prove di compressione con carico assiale secondo ASTM D695
Durante la prova di compressione con carico assiale secondo ASTM D695, il provino viene caricato longitudinalmente tra due piatti di compressione. Il dispositivo anti-cedimento previene la rottura prematura del materiale attraverso la flessione sovrapposta; tuttavia, non contribuisce alla trasmissione della forza al provino. La forza viene applicata esclusivamente attraverso le facce finali del provino e quindi richiede una lavorazione precisa.
Il modulo di compressione è misurato utilizzando un provino senza rinforzi. Per determinare la validità della prova di compressione quantificando le deformazioni di flessione sovrapposte (percentuale di flessione), viene effettuata una misurazione della deformazione con estensimetri separati applicati centralmente su entrambi i lati. In questo caso, è necessario un supporto anti-cedimento con rientranze nei punti in cui sono applicati gli estensimetri. I segnali degli estensimetri vengono poi mediati per determinare la deformazione in compressione.
Per misurare la resistenza alla compressione, viene utilizzato un provino con cap strip con il quale si ottiene un aumento della superficie per l'applicazione della forza e si raggiunge il cedimento nella sezione centrale del provino non supportata. Il cedimento nei punti di carico è una modalità di non valida e porta sempre a valori di resistenza alla compressione più bassi. A causa della lunghezza ridotta dell'area del provino non supportata, l'applicazione degli estensimetri è piuttosto complessa se confrontata con altri metodi per i test di compressione.
In generale, se la prova viene eseguita correttamente, si ottengono valori del modulo a compressione riproducibili, mentre la determinazione della resistenza alla compressione è spesso soggetta a dispersione maggiore.
Macchine di prova per ASTM D695
- Grazie al continuo sviluppo e miglioramento delle proprietà meccaniche delle fibre e della matrice, nei compositi UD rinforzati con fibre di carbonio si possono ottenere forze massime fino a circa 50 kN con una normale geometria del campione. Poiché le prove di trazione vengono solitamente eseguite in aggiunta a quelle di compressione, dove le forze massime sono ancora più elevate, si raccomanda una macchina per prove statiche con una capacità fino a 100 kN o 250 kN.
- Se vengono testati solo compositi rinforzati con fibre di vetro, è sufficiente una macchina di prova da 50 kN.
Sistemi di prova modulari per compositi
I grandi laboratori di prova, con un volume di prove altrettanto elevato, utilizzano macchine di prova diverse per i vari metodi di prova dei compositi, riducendo così al minimo gli sforzi di conversione. Le singole macchine di prova possono essere regolate in base alla forza richiesta per i vari tipi di test. Se i volumi di produzione non sono alti o abbastanza consistenti da poter investire in diverse macchine di prova, l'alternativa ideale è allestire una singola macchina di prova in modo da poter eseguire più metodi con il minor sforzo di riconfigurazione possibile.
ZwickRoell ha sviluppato un sistema modulare, disponibile come macchina di prova da 100 kN o 250 kN, che copre 21 metodi di prova e circa 120 standard di prova (ISO, EN, ASTM, nonché Airbus AITM e Boeing BSS), e che consente una caratterizzazione completa dei materiali compositi fibrorinforzati a temperatura ambiente o a basse o alte temperature da -80 °C a +360 °C.
Prove di compressione con carico assiale grazie al software di prova testXpert
Il nostro software di prova testXpert consente non solo di eseguire prove efficienti, ma anche di ottenere risultati affidabili in conformità alla norma ASTM D695 e alle varianti della prova di compressione con carico assiale sviluppate a partire dalla norma ASTM D695.
- Viene evitata la fatica di studiare le norme: i programmi di prova standard garantiscono la conformità alle norme - tutti i valori e i parametri caratteristici di ASTM D695 e DIN EN 2850 sono già registrati.
- La massima efficienza di prova si ottiene grazie al collegamento dei dispositivi periferici: quando le dimensioni del provino dal micrometro vengono inviate direttamente al software di prova, si risparmia tempo e si evitano errori di inserimento.
- Inoltre, è possibile verificare e controllare la temperatura nella camera tramite il software. Definire le rampe di temperatura e visualizzare chiaramente i valori raggiunti, con tracciabilità.
Misurazione della deformazione secondo ASTM D695 e varianti
I sistemi più indicati per misurare la deformazione nelle prove di compressione con carico assiale secondo ASTM D695 sono gli strain gage posizionati centralmente sulla superficie del provino o gli estensimetri ClipOn, che misurano la compressione sul bordo del provino. Se si utilizzano gli strain gage, gli elementi di supporto devono avere un intaglio al centro per evitare il contatto con la griglia di misurazione e i cavi.
La precisa centratura del provino nell'asse di carico e gli incavi del corpo del dispositivo per prove di compressione con carico assiale ZwickRoell consentono anche di utilizzare l'estensimetro automatico con braccetto makroXtens che misura entrambi i lati dei bordi del campione.
Nelle varianti sviluppate delle prove di compressione con carico assiale sviluppate da ASTM D695, la deformazione viene misurata solo per i provini destinati alla misurazione del modulo di compressione. Le norme di prova corrispondenti utilizzano talvolta dati diversi per la compressione massima durante la prova e per l'intervallo in cui il modulo di Young deve essere determinato.
- DIN EN 2850 Metodo B: carico di compressione fino ad almeno lo 0,5% (5000 µe) di compressione; determinazione del modulo di Young tra lo 0,1% e lo 0,5% (metodo preferito, se non diversamente indicato).
- Boeing BSS 7260: carico di compressione fino ad almeno 3000 µe di compressione; determinazione del modulo di Young tra 1000 e 3000 µe.
- SACMA SRM-1R-94: carico di compressione fino a 5000 µe; determinazione del modulo di Young tra 1000 e 3000 µe; si raccomanda l'uso di strain gage applicati su entrambi i lati per monitorare un carico di flessione sovrapposto; se la deviazione tra i segnali dei due strain gage è superiore al 10%, la prova non è valida e deve essere ripetuta.
Come descritto in precedenza, la misurazione della deformazione per il provino con “tacchi” applicati per determinare la resistenza alla compressione non è prevista per questi standard di prova vista la lunghezza libera di misurazione molto ridotta.
Un estensimetro Clip-on che misura i bordi del provino è adatto anche per i provini a osso di cane utilizzati nella norma ASTM D695 per spessori del provino inferiori a 3,2 mm, per determinare sia il modulo di Young che la resistenza alla compressione.
| Standard | Tipo provino | Disegno schematico (non in scala) | Utilizzo e istruzioni |
|---|---|---|---|
| ASTM D695 | A osso di cane, per spessore del provino inferiore a 3,2 mm |  | Plastiche non rinforzate e rinforzate con rigidità fino a 41 Gpa (ad esempio, anche compositi in tessuto GFRP) |
DIN EN 2850 Metodo B Boeing BSS 7260 SACMA SRM-1R-94 | B1 Tipo III Provino resistenza alla compressione |  | UD* e compositi in tessuto (GFRP, CFRP)
|
DIN EN 2850 Metodo B Boeing BSS 7260 SACMA SRM-1R-94 | B2 Tipo IV Provino modulo di compressione |  |
FAQ
La norma ASTM D695 descrive la prova di compressione per determinare i valori meccanici come il modulo di Young e la resistenza delle plastiche rigide secondo il principio della compressione con carico assiale, in cui la forza viene applicata attraverso le estremità del campione. La norma ASTM D695 può essere utilizzata per i compositi con una rigidità fino a 41 GPa, che comprende, ad esempio, i compositi in tessuto rinforzati con fibre di vetro. Per le plastiche ad alto modulo e le plastiche rinforzate con uno spessore del laminato < 3,2 mm, è necessario un dispositivo di supporto.
La norma ASTM D695 descrive la prova di compressione per la determinazione dei valori meccanici, come il modulo di Young e la rigidità delle materie plastiche rigide. La norma ASTM D695-15 si riferisce all'anno di pubblicazione 2015, ma da allora è stata aggiornata e sostituita dalla norma ASTM D695-23 o ASTM D695:2023.
Per le plastiche non rinforzate e rinforzate con uno spessore < 3,2 mm, la norma ASTM D695 prevede un provino a osso di cane, lunghezza L = 79,4 mm, larghezza B = 19 mm con cui è possibile determinare il modulo di compressione (se si utilizza un sistema di misurazione della deformazione adeguato) e la resistenza alla compressione. Tuttavia, i provini a osso di cane non sono adatti per i compositi UD. Le varianti sviluppate a partire dall'ASTM D695 utilizzano quindi sempre due diversi provini di sezione rettangolare uniforme: un provino senza “tacco” per la determinazione del modulo di compressione e un provino con “tacco” per la determinazione della resistenza alla compressione.
