Test CAI: Compression After Impact
Compression After Impact Test jest metodą badawczą służącą do określenia resztkowej wytrzymałości na ściskanie laminatu po uszkodzeniu udarowym. Badanie CAI pozwala na wyciągnięcie wniosków na temat tolerancji na uszkodzenia kompozytu wielowarstwowego.
Normy ASTM D7136 i ASTM D7137 opisują uszkodzenia wstępne spowodowane mechanizmem upadku lub próbę na ściskanie w celu pomiaru odporności kompozytów na uszkodzenia. Badanie CAI jest również opisane w innych normach takich jak ISO 18352, Airbus AITM1-0010 czy Boeing BSS 7260 typ II.
Cel testu CAI Normy Uszkodzenie wstępne płyt ściskających Badanie na ściskanie CAI Downloads
Cel testu Compression After Impact
W teście Compression After Impact (CAI) określa się resztkową wytrzymałość laminatu na ściskanie po wcześniejszym uszkodzeniu uderzeniowym. W tym celu próbkę do badań wykonaną z wielokierunkowego laminatu poddaje się najpierw wstępnemu uszkodzeniu energią uderzenia określoną w odpowiedniej normie badawczej.
Za pomocą badania udarności i określenia resztkowej wytrzymałości na ściskanie poźniejszej statycznej próbie ściskania, można ocenić tolerancję na uszkodzenia laminatu z kompozytu włóknistego na możliwe uszkodzenia udarowe. W przypadku konstrukcji kompozytowych stosowanych w lotnictwie mogą wystąpić uszkodzenia spowodowane uderzeniami, na przykład upadkami narzędzi podczas konserwacji, spadającymi kamieniami podczas startu i lądowania lub kolizjami z pojazdami obsługi naziemnej.
Ponieważ uszkodzenia po stronie uderzenia są często trudne do wykrycia, określa się je mianem „barely visible impact damage”, natomiast masowe uszkodzenia ze znacznymi pęknięciami i rozwarstwieniami matrycy mogą wystąpić „w” laminacie i po przeciwnej stronie.
Test CAI można podzielić na 3 fazy :
- Wprowadzenie uszkodzeń udarowych przy zastosowaniu odpowiedniego młota opadowego i energii uderzenia określonej w stosowanej normie.
- Ocena i dokumentacja uszkodzeń udarowych poprzez pomiar odkształcenia w miejscu uderzenia i dodatkowo określenie uszkodzeń „w” laminacie odpowiednią metodą badań nieniszczących, np. za pomocą ultradźwięków (C-Scan).
Komentarz: Badania nieniszczące (NDT) z wykorzystaniem C-Scan nie są częścią oferty ZwickRoell. Proszę zapoznać się z innymi dostawcami tutaj. - Określenie resztkowej wytrzymałości na ściskanie przy użyciu odpowiedniej statycznej maszyny wytrzymałościowej i urządzenia badawczego CAI.
Według jakich norm przeprowadzane są testy CAI?
Typowe normy stosowane w teście Compression After Impact
- ASTM D7136: Measuring the Damage Resistance of a Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composite to a Drop-Weight Impact Event
- ASTM D7137: Compressive Residual Strength Properties of Damaged Polymer Matrix Composite Plates
- ISO 18352: Określenie właściwości Compression-After-Impact przy określonej energii uderzenia
- AITM1-0010: Airbus Test Method for determination of Compression Strength After Impact
- Boeing BSS 7260, Type II: Badanie wytrzymałości na ściskanie laminatów kompozytowych po uderzeniu
ASTM D7136 opisuje próbę udarności oraz ocenę i dokumentację uszkodzeń spowodowanych uderzeniami, które należy przeprowadzić później. ASTM D7137 opisuje statyczne badanie ściskania w celu określenia resztkowej wytrzymałości na ściskanie uszkodzonego laminatu.
Wszystkie pozostałe normy wymienione powyżej opisują wszystkie 3 fazy badań, chociaż procedura określania uszkodzeń wewnętrznych za pomocą NDT nie jest opisana szczegółowo.
Przeprowadzenie testu CAI: Wstępne uszkodzenie próby
W instrumentalizowanym młocie opadowym HIT230F lub HIT600F próba przy użyciu urządzenia zaciskowego i energii uderzenia określonej w normach jest wstępnie uszkadzana. W zależności od zastosowanej normy wymiary urządzenia zaciskowego i pozycja mocowania mogą się nieznacznie różnić.
Aby ułatwić obsługę, próbki są zaciskane na zewnątrz mechanizmu opadającego, a następnie przesuwane do pozycji badawczej. Ważne jest, aby w badaniu udarności zastosować mechanizm upadku z systemem przeciwodbiciowym tak, aby pierwsze uszkodzenie udarowe nie zostało zamaskowane przez wielokrotne uderzanie próbki w impaktor. Zastosowanie instrumentalizowanego mechanizmu opadania pozwala również na łatwe określenie krzywej siły, prędkości uderzenia i energii uderzenia pochłoniętej przez próbę.
Odpowiednie maszyny badawcze do wstępnego uszkodzenia płyt badawczych
Instrumentalizowany młot opadowy HIT230F z możliwością ustawienia wysokości opadania do 1 metra, zintegrowanym pomiarem prędkości w miejscu uderzenia, urządzeniem zapobiegającym odbiciu, impaktorem (średnica 16 mm) odpowiednim do testu udarności oraz dostępnym i bardzo łatwymi do wymiany odważnikami do ustawiania różnych energii uderzenia, dokładnie odpowiadającymi wymaganiom, dotyczącym wstępnego uszkodzenia próbek do badań CAI.
Instrumentalizowany młot opadowy HIT600F nadaje się również do wprowadzenia uszkodzeń wstępnych w teście CAI, ale może również osiągnąć wyższe prędkości i energię uderzenia poprzez ustawienie wyższej drogi opadania i opcjonalnie dostępne urządzenie przyspieszające. Dlatego nadaje się również do przeprowadzania wieloosiowych badań przebicia na próbkach tworzyw sztucznych.
Przeprowadzenie testu CAI: statyczne badanie ściskania
Po uprzednim uszkodzeniu próbki w próbie udarności w młocie opadowym i ocenie uszkodzeń uderzeniowych poprzez pomiar odkształcenia w miejscu uderzenia i określenie rozmiaru uszkodzeń wewnątrz laminatu w drodze badań nieniszczących, można przeprowadzić właściwe statyczne badanie ściskania w celu określenia resztkowej wytrzymałości na ściskanie CAI .
W tym celu uszkodzoną wcześniej próbkę instaluje się w specjalnym urządzeniu ściskającym CAI . Ponieważ warunki brzegowe mocowania próbki różnią się w normach badawczych CAI, stosuje się dwa różne urządzenia ściskające CAI.
- W przypadku ASTM D7137 i Boeing BSS 7260 typ II próbka jest prowadzona ze wszystkich czterech stron, jednak nie jest naprężona
- W przypadku ISO 18352 i Airbus AITM1-0010 próbka jest zaciskana u góry i u dołu i prowadzona po bokach przez kontakt liniowy
Urządzenie do ściskania CAI (Compression After Impact)
Urządzenie CAI jest pozycjonowane między dwoma płytami ściskającymi w statycznej maszynie wytrzymałościowej . W teście CAI próbkę badaną poddaje się ściskaniu aż do zniszczenia. Test Compression After Impact jest ważny, jeśli próbka ulegnie uszkodzeniu w obszarze centralnie wprowadzonych uszkodzeń uderzeniowych. Niedozwolone są zniszczenia w miejscu mocowania górnego lub dolnego lub w jego pobliżu.
Zalety:
- Prosta wymiana próby dzięki prostej obsłudze urządzenia CAI
- Zastosowanie w dużym zakresie temperatur od -70 °C do +300 °C
- Zwiększona sztywność boczna dzięki prętom nośnym zapobiega wyginaniu się urządzenia na boki, zwłaszcza przy zastosowaniu niekonwencjonalnych konstrukcji z laminatu
- Wymienne wkładki z twardego metalu na górnej i dolnej powierzchni styku z próbką minimalizują zużycie mocno obciążonych powierzchni prowadzenia siły
Badanie na ściskanie CAI zgodnie z ASTM D7137
W badaniu na ściskanie CAI wstępnie uszkodzona próba kompozytowa jest badana w specjalnym urządzeniu ściskającym do 600 kN. Test Compression After Impact Test jest przeprowadzany maszynie wytrzymałościowej Z600E w zakresie temperatur od -60 °C do +350 °C.
Odpowiednie maszyny wytrzymałościowe do badania na ściskanie CAI
W teście Compression After Impact Test można łatwo wytworzyć siły przekraczające 100 kN, stosując stosunkowo dużą próbkę o wymiarach 100 mm x 150 mm x 5 mm (szerokość x długość x grubość). Zależy to również od rodzaju badanego materiału kompozytowego (np. CFRP lub GFK), rodzaju użytego wzmocnienia z włókien (np. UD, siatka lub tkanina) lub zastosowania struktur laminatu i grubości laminatu innych niż nominalne struktury laminatu i zdefiniowane grubości laminatu w wyżej wymienionych normach badawczych.
Badania ściskania CAI należy zatem przeprowadzać na statycznej maszynie do badania materiałów o obciążeniu nominalnym od 150 kN do 250 kN . Do badania CAI przy bardzo grubych laminatach można zastosować także wzmocnione urządzenia CAI oraz oraz statyczne maszyny do badania materiałów o większym obciążeniu nominalnym do 600 kN .
Aby sprawdzić dokładne ustawienie układu badawczego oraz sprawdzić dokładność wymiarową urządzenia ściskającego CAI, w zależności od zastosowanej normy badawczej CAI do każdego badania lub w określonych przedziałach, należy zastosować próbki z tensometrami umieszczonymi po obu stronach (DMS) (w sumie 4 sztuki na próbkę). Sygnały DMS można zintegrować z maszyną wytrzymałościową za pomocą wstępnie zmontowanych boksów DMS lub przy użyciu odpowiedniego uniwersalnego wzmacniacza pomiarowego.
FAQ
Próba udarności powoduje wstępne uszkodzenie próbki kompozytowej. Resztkowa wytrzymałość na ściskanie jest określana w późniejszej statycznej próbie ściskania. Umożliwia to ocenę tolerancji uszkodzenia laminatu z kompozytu włóknistego na możliwe uszkodzenia udarowe.
Compression after Impact (także test CAI) imituje uszkodzenia materiału kompozytowego, jakie mogą wystąpić w samolotach lub pojazdach na skutek spadających kamieni, zderzeń z ptakami lub wypadków. Wartość charakterystyczna określona w badaniu nazywana jest resztkową wytrzymałością na ściskanie.
Do testu CAI wymagany jest młot opadowy, aby wstępnie uszkodzić próbkę, oraz statyczna maszyna wytrzymałościowa do statycznego badania na ściskanie.