DIN SPEC 4885-2014 Fibre-reinforced plastic composites - Shear test method using a shear frame for the determination of the in-plane shear stress shear strain response and shear mo.pdf

1、Januar 2014 Bereich InnovationPreisgruppe 99DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 83.120Zur Erstellung einer DIN SPEC knnen verschiedene Verfahrensweisen herangez

2、ogen werden: Das vorliegende Dokument wurde nach den Verfahrensregeln einer PAS erstellt.!%+“2080491www.din.deDDIN SPEC 4885Faserverstrkte Kunststoffe Schubversuch mittels Schubrahmen zur Ermittlung derSchubspannungs-/Schubverformungskurve und des Schubmoduls inder Lagenebene;Text Deutsch und Englis

3、chFibre-reinforced plastic composites Shear test method using a shear frame for the determination of the in-plane shearstress/shear strain response and shear modulus;Text in German and EnglishComposites plastiques renforcs de fibres Procd dessai de cisaillement en utilisant une trame de cisaillement

4、 pour dterminer larponse contrainte-dformation et le module de cisaillement en cisaillement plan;Texte en allemand et anglaisAlleinverkauf der Spezifikationen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 28 SeitenDIN SPEC 4885:2014-01 2 Inhalt Seite Vorwort 3 Einleitung .4 1 Anwend

5、ungsbereich .4 2 Normative Verweisungen 4 3 Begriffe .4 4 Kurzbeschreibung .6 5 Prfgerte .6 6 Probekrper 8 7 Prfverfahren 10 8 Berechnung und Angabe der Ergebnisse 12 9 Prfbericht . 13 Literaturhinweise . 14 DIN SPEC 4885:2014-01 1 Vorwort Diese DIN SPEC wurde nach dem Verfahren PAS erarbeitet. Die

6、Erarbeitung von DIN SPEC nach dem PAS-Verfahren erfolgt in Workshops und nicht zwingend unter Einbeziehung aller interessierten Kreise. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, e

7、inige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Die Erarbeitung und Verabschiedung des Dokuments erfolgte durch die nachfolgend genannten Initiatoren und Verfasser: BASF SE, Dr.-Ing. Henrik Schmidt; BMW AG, Dr.-Ing. Joachim Starke, Jan Paulus; Carbon Composites e. V., Franz Fendt; Gra

8、sse Zur Ingenieurgesellschaft mbH, Dr.-Ing. Fabian Grasse, Malte Zur. Fr diese DIN SPEC wurde kein Entwurf verffentlicht. DIN SPEC sind nicht Bestandteil des Deutschen Normenwerks. Fr dieses Thema bestehen derzeit keine Normen. Trotz groer Anstrengungen zur Sicherstellung der Korrektheit, Verlsslich

9、keit und Przision technischer und nicht-technischer Beschreibungen kann der Workshop weder eine explizite noch eine implizite Gewhrleistung fr die Korrektheit des Dokuments bernehmen. Die Benutzung dieses Dokuments geschieht in dem Bewusstsein, dass der Workshop fr Schden oder Verluste jeglicher Art

10、 nicht haftbar gemacht werden kann. Die Anwendung der vorliegenden DIN SPEC entbindet den Nutzer nicht von der Verantwortung fr eigenes Handeln und geschieht damit auf eigene Gefahr. DIN SPEC 4885:2014-01 4 Einleitung Diese DIN SPEC erfasst alle endlosfaserverstrkten Kunststoffe, die in der erforder

11、lichen Art und Weise versagen. In Anlehnung an diese DIN SPEC knnen auch kurz- und langfaserverstrkte Kunststoffe geprft werden. Der Versuch mittels Schubrahmen ist zur Ermittlung des Schubmoduls und der Schubfestigkeit auch fr Schubverformungen von 5 % oder grer anwendbar. 1 Anwendungsbereich Diese

12、 DIN SPEC legt ein Verfahren zur Bestimmung der Schubspannungs-Schubverformungs-Kurve, des Schubmoduls und der Schubfestigkeit von endlosfaserverstrkten Kunststoffen mit einer Faserorientierung in 0 bzw. 0/90 mittels einer Schubprfvorrichtung in der Lagenebene fest. Das Verfahren ist anwendbar auf L

13、aminate, die aus einer thermoplastischen oder duroplastischen Grundmasse und aus unidirektionalen Lagen/Gelegen und/oder Geweben einschlielich unidirektionaler Gewebe mit einer Faserorientierung in 0 bzw. 0/90 zur Probekrperachse bestehen. Der Laminataufbau muss symmetrisch und ausgeglichen um die M

14、ittelebene des Probekrpers gestaltet werden. Das Verfahren ist fr die Bestimmung der Schubeigenschaften sowohl im linearen als auch im nicht-linearen Last-Verformungs-Bereich bei Schubdehnungen auch ber 5 % geeignet. Insbesondere ist die Bestimmung der maximalen Schubfestigkeit auch im Bereich von S

15、chubdehnungen 5 % mglich. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die

16、letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). DIN EN ISO 291, Kunststoffe Normalklimate fr Konditionierung und Prfung DIN EN ISO 2818, Kunststoffe Herstellung von Probekrpern durch mechanische Bearbeitung ISO 1268 (all parts), Fibre-reinforced plastics Methods of

17、producing test plates ISO 2602, Statistical interpretation of test results Estimation of the mean Confidence interval ISO 5893, Rubber and plastics test equipment Tensile, flexural and compression types (constant rate of traverse) Specification 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gelten die

18、 folgenden Begriffe. 3.1 Lagenebene Ebene, die durch die Koordinatenachsen 1 und 2 aufgespannt wird Anmerkung 1 zum Begriff: Siehe Bild 1. DIN SPEC 4885:2014-01 1 3.2 Schubspannung in der Lagenebene 12Spannung, die durch Dividieren des Augenblickwertes der an dem Schubrahmen wirkenden Zugkraft durch

19、 die Querschnittsflche des Probekrpers bestimmt wird Anmerkung 1 zum Begriff: Querschnittsflche siehe 8.1. Anmerkung 2 zum Begriff: Die Schubspannung in der Lagenebene wird in MPa angegeben. 3.3 Schubfestigkeit in der Lagenebene 12MMaximalwert der Schubspannung Anmerkung 1 zum Begriff: Siehe auch 8.

20、2. Anmerkung 2 zum Begriff: Die Schubfestigkeit in der Lagenebene wird in MPa angegeben. 3.4 Schubverformung 12Summe der Betrge der gesamten Schubverformungen des Probekrpers Anmerkung 1 zum Begriff: Siehe auch 8.3. 3.5 Schubmodul in der Lagenebene Sekantenmodul in der Lagenebene G12 Quotient aus de

21、r Differenz der Schubspannungen 12 und 12 und der Differenz der zugehrigen Schubverformungen 12 = 0,005 und 12 = 0,001 Anmerkung 1 zum Begriff: Siehe auch 8.4 und Bild 3. Anmerkung 2 zum Begriff: Der Schubmodul in der Lagenebene wird in MPa angegeben. 3.6 Koordinatenachse Richtung 1 Richtung paralle

22、l zur Lngsachse der Prfmaschine Anmerkung 1 zum Begriff: Die Fasern mit einer Orientierung in 0 liegen in Richtung 1. Anmerkung 2 zum Begriff: Siehe Bild 1 und Bild 2. 3.7 Koordinatenachse Richtung 2 Richtung rechtwinklig zur Lngsachse der Prfmaschine Anmerkung 1 zum Begriff: Die Fasern mit einer Or

23、ientierung in 90 liegen in Richtung 2. Anmerkung 2 zum Begriff: Siehe Bild 1 und Bild 2. DIN SPEC 4885:2014-01 6 4 Kurzbeschreibung Ein quadratischer Probekrper mit Eckenaussparungen und Fasern mit einer Orientierung in 0 bzw. 0/90 zur Probekrperachse wird in einem Schubrahmen einer reinen Schubbela

24、stung ausgesetzt. Zur Ermittlung des Schubmoduls und der Schubfestigkeit werden die an dem Schubrahmen wirkende Zugkraft und die zugehrige Schubdehnung gemessen. Das Verfahren prgt dem Probekrper einen reinen Schubspannungszustand in der Lagenebene auf und ermglicht dadurch eine Prfung ohne eine ber

25、lagerung von Schubbeanspruchungen und anderen Beanspruchungen und stellt damit eine reproduzierbare Bestimmung der Materialkennwerte sicher. Das Verfahren verwendet eine allseitige, homogen verteilte und reproduzierbare Einspannung des Probekrpers mit einer Nachfhrung, die die Klemmspannung konstant

26、 hlt. Es existieren keine freien Probekrperrnder, somit treten keine Lastumlagerungseffekte auf, die das Prfergebnis beeinflussen knnten. Ein ungltiges Versuchsergebnis durch Materialversagen am Probenrand, im Bereich der Einspannung des Probekrpers, wird durch das Auftreten des Schubspannungsmaximu

27、ms im Zentrum des Probekrpers verhindert. 5 Prfgerte 5.1 Zugprfmaschine 5.1.1 Allgemeines Die Zugprfmaschine muss in bereinstimmung mit ISO 5893 und nach den in 5.1.2 und 5.1.3 angegebenen Anforderungen ausgefhrt sein. 5.1.2 Prfgeschwindigkeit Die Prfgeschwindigkeit v muss in bereinstimmung mit ISO

28、5893 konstant gehalten werden. 5.1.3 Anzeigen fr die Kraft Die Zugprfmaschine muss Anzeigen fr die Kraft besitzen, wobei der Fehler in der Anzeige der Kraft kleiner als 1 % des Messbereichendwertes (siehe ISO 5893) sein muss. 5.2 Schubrahmen Der Probekrper wird in zwei identisch aufgebauten Schubrah

29、menhlften mittels einer die Klemmspannung nachfhrenden Klemmvorrichtung fixiert, so dass der Probekrper in der Lagenebene komplett umschlossen und die Einspannkraft whrend des Versuchs gleichmig und reproduzierbar auf den Probekrper bertragen wird. Das kinematische Prinzip des Schubrahmens Verformun

30、g des quadratischen zum rautenfrmigen Probekrpers ist in Bild 1 dargestellt. Die Einspannflche und das freie Schubfeld sind in Bild 2 dargestellt. DIN SPEC 4885:2014-01 1 Legende 1 Koordinatenachse Richtung 1 2 Koordinatenachse Richtung 2 a Lagerung b Kinematik c Lasteinleitung d Spanndruck e Versch

31、iebungsbehinderung durch Symmetrie f Kraft Gelenkknoten Vorgegebene Translation Verhinderte Translation Gekoppelte Translation Gekoppelte Translation Druck Bild 1 Kinematisches Prinzip des Schubrahmens 5.3 Dehnungsmessung Das Verfahren erfordert die Messung der Dehnungen in 45Orientierung zur Koordi

32、natenachse (siehe Bild 2). Bei Verwendung von Dehnungsmessstreifen sind diese auf der Vorder- und Rckseite des Probekrpers erforderlich. Die Auswahl der Gre und der Eigenschaften erfolgt in Abhngigkeit des verwendeten Prfkrpers. Dehnungsmessstreifen, die nach Bild 2 deckungsgleich aufgeklebt werden,

33、 mssen eine Fehlergrenze von 1 % des Messbereichendwertes haben. Dehnungsmessgerte, Oberflchenbehandlung und Klebstoffsystem mssen entsprechend den vorhandenen Materialien ausgewhlt werden und zur Aufzeichnung der Dehnung ist eine geeignete Einrichtung anzuwenden. Bei Verwendung eines optischen 3D-M

34、esssystems ist die Messung der Dehnung auf einer Seite des Probekrpers ausreichend. Die Messung der Dehnung erfolgt entsprechend der Anordnung der Dehnungsmessstreifen (siehe Bild 2). DIN SPEC 4885:2014-01 8 5.4 Messschraube Fr die Messung der Dicke h des Probekrpers muss eine Messschraube oder ein

35、gleichwertiges Messgert mit einer Fehlergrenze von 0,01 mm verwendet werden. Die Messflchen der Messschraube mssen fr die zu messende Oberflche geeignet sein (d. h. flache Messflchen fr flache, polierte Oberflchen und halbkugelige Messflchen fr ungleichfrmige Oberflchen). 6 Probekrper 6.1 Form und M

36、ae Die Mae des Probekrpers sind in Bild 2 veranschaulicht. Der Probekrper muss eine Breite von (165 0,5) mm und eine Lnge von (165 0,5) mm haben. Die fr den Schubversuch ausschlaggebende Gre des Schubfeldes muss eine Breite von (105 0,5) mm und eine Lnge von (105 0,5) mm haben. Die Ebenheit des Prob

37、ekrpers muss 1 mm betragen. Sofern nicht anders festgelegt, muss die Dicke (4 0,2) mm betragen. Die Dicke des Probekrpers muss derart gewhlt werden, dass eine Auslenkung des Probekrpers aus der Lagenebene ausgeschlossen wird. Die Auslenkung ist zulssig, wenn die Differenz zwischen den an beiden Seit

38、en des Probekrpers whrend des Schubversuchs bis zum Bruch aufgezeichneten Schubdehnungen der Gleichung (1) gengt: 1,0hvhv+(1) Dabei ist vdie Dehnung auf der Vorderseite des Probekrpers; hdie Dehnung auf der Rckseite des Probekrpers. Die Gre des Schubfeldes muss, wie in Bild 2 dargestellt, anhand der

39、 diagonalen Prfmae (148,5 0,5) mm kontrolliert werden. DIN SPEC 4885:2014-01 1 Mae in Millimeter Legende 1 Koordinatenachse Richtung 1 2 Koordinatenachse Richtung 2 a Position fr Dickenmessung b Klemmflche c Schubfeld d Dehnungsmessung Bild 2 Probekrpergeometrie mit Kennzeichnung der Faserorientieru

40、ng DIN SPEC 4885:2014-01 10 6.2 Herstellung von Probekrpern Eine Platte mit der geforderten ausgeglichenen und symmetrischen Faserorientierung in 0 bzw. 0/90 zur Probekrperachse muss nach ISO 1268 oder nach einem anderen festgelegten/vereinbarten Verfahren hergestellt werden. Einzelne Probekrper ode

41、r Probekrperreihen sind auf die erforderliche Gre zu schneiden. Einige Kennwerte fr die Bearbeitung sind in DIN EN ISO 2818 festgelegt. 6.3 berprfung der Probekrper Die Oberflchen der Probekrper mssen frei von Kratzern, Lchern, Einfallstellen und Graten sein. Die Probekrper mssen frei von Delaminati

42、onen sein. Die Probekrper mssen flach und frei von Verdrehungen sein. Die berprfung der genannten Anforderungen muss visuell mit Haarlinealen, Anschlagwinkeln, ebenen Platten und durch Messung mit Feinmesslehren durchgefhrt werden. Probekrper, die messbare oder sichtbare Abweichungen von einer diese

43、r Anforderungen zeigen, mssen verworfen oder vor der Prfung auf die vorgeschriebene Gre und Form nachbearbeitet werden. 6.4 Anzahl der Probekrper 6.4.1 Mindestens fnf Probekrper mssen geprft werden. Die Berechnung des Vertrauensbereiches (95%ige Wahrscheinlichkeit) muss nach ISO 2602 ermittelt werde

44、n. 6.4.2 Die Ergebnisse von Probekrpern, die am oder im Einspannbereich brechen (Klemmbruch), sind zu verwerfen; an ihrer Stelle sind neue Probekrper zu prfen. 6.5 Vorbehandlung der Probekrper Die Probekrper sind nach den Festlegungen der Internationalen Produktnorm fr den untersuchten Werkstoff zu

45、konditionieren, sofern solche gegeben sind. Fehlt diese Information, so ist die am besten zutreffende Bedingung aus DIN EN ISO 291 auszuwhlen, falls von den Beteiligten nichts anderes vereinbart wird. 7 Prfverfahren 7.1 Prfatmosphre Die Probekrper sind nach den Festlegungen der Internationalen Produ

46、ktnorm fr den untersuchten Werkstoff zu prfen, sofern solche gegeben sind. Fehlt diese Information, so ist die am besten zutreffende Bedingung aus DIN EN ISO 291 auszuwhlen, falls von den Beteiligten nichts anderes vereinbart wird (z. B. fr die Prfung bei hoher oder tiefer Temperatur). 7.2 Ermittlun

47、g der Mae der Probekrper Die Dicke des Probekrpers ist an den nach Bild 2 dargestellten Positionen im Klemmbereich - insgesamt 8 Positionen je Probekrper - auf 0,02 mm zu messen. Der Mittelwert ist zu bestimmen und fr die nachfolgenden Berechnungen zu verwenden. Nach Mglichkeit sollte zustzlich die

48、Dicke des Probekrpers in der Nhe des Dehnungsmessstreifens bestimmt werden. 7.3 Prfgeschwindigkeit Wo es zutrifft, ist die Prfgeschwindigkeit nach der Internationalen Produktnorm fr den untersuchten Werkstoff einzustellen. Fehlt diese Information, muss die Prfgeschwindigkeit v = 4 mm/min betragen. DIN SPEC 4885:2014-01 1 7.4 Messwerterfassung Whrend des Schubversuchs sind die Zugkraft und die zugehrigen Dehnungen v(auf der Vorderseite des Probekrpers) und h(auf der Rckseite des Probekrpers) aufzuzeichnen. Bei Verwendung eines optischen 3D-Messsystems ist die Dehnu