Prove di compressione dopo l'impatto (CAI)
La prova di compressione dopo l’impatto è un metodo di prova utilizzato per determinare la resistenza residua alla compressione di un laminato dopo un danno causato da un impatto. Il test CAI viene utilizzato per indagare la tolleranza al danno di un composito multistrato.
Le norme ASTM D7136 e ASTM D7137 descrivono il processo di pre-danneggiamento mediante una torre di caduta o la prova di compressione per misurare la resistenza al danno dei compositi. Il test CAI è descritto anche in norme quali ISO 18352, Airbus AITM 1.0010 e Boeing BSS 7260 tipo II.
Obiettivo della prova CAI Standard Pre-danneggiamento dei piatti di prova
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Obiettivo della prova
Le prove CAI vengono eseguite per la caratterizzazione del danno che può verificarsi, ad esempio, in aerei o veicoli a causa dell'impatto con pietre, uccelli o se vengono danneggiati in seguito ad altri incidenti.
Il principio di misura prevede il pre-danneggiamento di un provino piatto, testato in precedenza utilizzando ultrasuoni per rilevare delaminazioni o imperfezioni esistenti, e in seguito la misurazione della resistenza residua mediante un test di compressione.
Per questo la sequenza di questo tipo di prove si divide in due fasi:
- Pre-danneggiamento (urto) di un provino usando una torre di caduta strumentata
- Prova di compressione usando una macchina di prova statica per la misurazione della forza residua.
A quali normative fanno riferimento le prove CAI?
Gli standard comunemente utilizzati per la prova di compressione dopo l'impatto includono
- ASTM D7136: Misurazione della resistenza al danneggiamento di un composito a matrice polimerica rinforzato con fibre sottoposto all’impatto con torre di caduta
- ASTM D7137: Proprietà di resistenza residua alla compressione di piastre di compositi a matrice polimerica danneggiate
- ISO 18352: Determinazione delle proprietà di compressione dopo l'impatto ad un livello di energia d'impatto specificato
- AITM 1,0010: Metodo di prova Airbus per la determinazione della resistenza alla compressione dopo l'impatto
- Boeing BSS 7260, Tipo II: Prova di resistenza alla compressione dopo l'impatto su laminati compositi
La norma ASTM D7136 descrive la prova di impatto e la valutazione e documentazione del danno da impatto dopo la prova. La norma ASTM D7137 descrive la prova di compressione statica per determinare la resistenza residua alla compressione del laminato danneggiato.
Tutti gli altri standard sopra citati descrivono le tre fasi di esecuzione della prova, anche se la procedura per la determinazione del danno interno tramite test non distruttivi non è descritta in dettaglio.
Pre-danneggiamento del piatto di prova
- Il provino viene pre-danneggiato secondo condizioni impostate utilizzando una torre di caduta strumentata HIT 230F I provini sono serrati secondo le seguenti indicazioni:
- 76.2 x 127 mm (ASTM, Boeing, SACMA, DIN), 75 x 125 mm (EN, Airbus) o diametro 140 mm (CRAG). Solo con la normativa Airbus AITM il provino deve essere aggraffato all'interno della sezione. Per un test più semplice, il provino viene bloccato al di fuori della torre di caduta e in seguito spostato nell’area di prova
- Il processo di pre-danneggiamento (urto) può essere monitorato e valutato dalla strumentazione della torre di caduta. Il primo picco di rottura sul tracciato tempo-forza fornisce una correlazione con il Modo II della tenacità alla rottura del laminato.
Macchine di prova correlate per il pre-danneggiamento delle piastre di prova
La torre di caduta strumentata HIT230F con altezza di caduta regolabile fino a 1 metro, misurazione integrata della velocità sul punto d'impatto, dispositivo antirimbalzo, dispositivo di impatto corrispondente per la prova di impatto (diametro 16 mm) e pesi facilmente intercambiabili per l'impostazione di diverse energie d'impatto è stata progettata specificamente per rispettare i requisiti dei campioni CAI pre-danneggiati.
La torre di caduta strumentata HIT600F è ideale anche per l'applicazione di forze di pre-danneggiamento nel test CAI, e può raggiungere velocità ed energie d'impatto ancora più elevate con un'impostazione della distanza di caduta più alta e l'aggiunta di un'unità di accelerazione opzionale. È quindi adatta anche per l'esecuzione di prove di punzonatura multiassiali su campioni in plastica.
Prove di compressione CAI
Dopo aver pre-danneggiato il provino nella prova di impatto con la torre di caduta e averne valutato il danno misurando la deformazione nel punto d'impatto e determinando l'entità del danno all'interno del laminato mediante test non distruttivi, è possibile eseguire la prova di compressione statica vera e propria per la determinazione della resistenza residua a compressione CAI.
Per questo test, il provino pre-danneggiato viene installato in uno speciale kit per prove di compressione CAI. Poiché i requisiti generali per il serraggio del provino differiscono nelle norme di prova CAI, per i test di compressione vengono utilizzati due dispositivi diversi.
- Per ASTM D7137 e Boeing BSS 7260 Tipo II, il provino è guidato su tutti e quattro i lati, ma non viene afferrato.
- Per ISO 18352 e Airbus AITM 1.0010, il provino è afferrato in alto e in basso e guidato sui lati attraverso il contatto di linea.
Kit per prove di compressione CAI (compression after impact)
- Applicazioni: Determinazione della resistenza residua mediante un test di compressione (CAI) secondo:
- Boeing BSS 7260c, ASTM D7137, DIN 65561, ISO 18352, prEN 6038
- Airbus AITM 1-0010 issue 3
- Descrizione funzionamento: Il kit viene utilizzato per determinare la resistenza residua a compressione in seguito al carico di impatto. La forza di compressione viene applicata al provino in piano. A seconda della versione, il provino è bloccato o semplicemente sostenuto alle estremità superiore e inferiore.
- Vantaggi
- Facile inserimento del provino
- Il dispositivo può essere utilizzato in un intervallo di temperatura da -70 a 300 °C
- Aumento della rigidità laterale grazie alle piastre di supporto
- Inserto in metallo duro intercambiabile sulle superfici di contatto superiore e inferiore.
Prove di compressione dopo l'impatto (CAI) Test secondo ASTM D7137
Durante le prove di compressione dopo l'impatto (CAI), un provino di composito pre-danneggiato viene tastato utilizzando un dispositivo di compressione con capacità pari a 600 kN. Il test CAI viene eseguito con una macchina di prova materiali Z600E nell’intervallo di temperatura da -60 °C a +350 °C.
Macchine di prova per le prove di compressione CAI
Nella prova di compressione dopo l'impatto, l'uso di un provino relativamente grande di 100 mm x 150 mm x 5 mm (larghezza x lunghezza x spessore) può facilmente generare forze superiori a 100 kN. Ciò si verifica anche in base al tipo di materiale composito testato (ad esempio, CFRP o GFRP), dal tipo di rinforzo in fibra utilizzato (ad esempio, UD, scrim o tessuto), o dall'uso di costruzioni e spessori laminati che differiscono dalle costruzioni nominali del laminato secondo gli standard di prova di cui sopra.
Le prove CAI devono quindi essere eseguite con una macchina per prove statiche con un carico nominale compreso tra 150 kN e 250 kN. Per le prove CAI con laminati molto spessi, si possono utilizzare anche dispositivi CAI rinforzati e macchine per prove statiche con un carico nominale superiore, fino a 600 kN.
Per verificare l'allineamento accurato della configurazione di prova e l'accuratezza dimensionale del dispositivo di compressione CAI, per ogni prova, al momento del set-up della configurazione di prova o a intervalli specifici, a seconda dello standard di prova CAI utilizzato (un totale di 4 per provino), devono essere utilizzati provini con strain gage applicati su entrambi i lati. I segnali degli strain gage possono essere integrati nella macchina di prova con box preassemblati o utilizzando un amplificatore di misura universale adatto.
FAQ
Una prova di impatto viene utilizzata per pre-danneggiare un provino in composito. Una successiva prova di compressione statica determina la resistenza residua alla compressione del provino. Ciò consente di valutare la resistenza di un laminato in fibra composita ai danni causati dall’impatto.
La prova di compressione dopo l'impatto (anche CAI test) simula i danni subiti da un materiale composito, come quelli che possono verificarsi su aerei o sui veicoli a seguito di impatti con rocce, uccelli o di incidenti. Il valore caratteristico determinato da questa prova viene definito resistenza residua alla compressione.
Per il test CAI, è necessario una torre di caduta per pre-danneggiare il provino e una macchina per la prova di compressione statica.