CAI test: Compression After Impact
De compression after impact test is een testmethode om de blijvende druksterkte van een laminaat na beschadiging door impact te bepalen. De CAI test wordt gebruikt om conclusies te trekken over de schadetolerantie van een meerlagig composiet.
De normen ASTM D7136 en ASTM D7136 beschrijven het voorbeschadigingsproces met behulp van een valtoren, en de druktest voor de meting van de schadeweerstand van composieten. De CAI test wordt ook beschreven in normen zoals ISO 18352, Airbus AITM1-0010 en Boeing BSS 7260 type II.
Doel van de CAI test Normen Voorbeschadigen van de testplaten CAI druktest Downloads
Doel van de compression after impact test
De compression after impact test (CAI) is een testmethode om de blijvende druksterkte van een laminaat na beschadiging door impact te bepalen. Het sample uit multidirectioneel laminaat wordt vooraf beschadigd met een in de norm vastgelegde impactenergie.
Met een impacttest en de bepaling van de blijvende druksterkte via de daarop volgende statische druktest wordt de weerstand van een vezelversterkt composietlaminaat tegen schade door impact geëvalueerd. Voor composietstructuren in de luchtvaart kan dergelijke schade bijvoorbeeld veroorzaakt worden door een val tijdens onderhoud, een steen tijdens het opstijgen en landen of een botsing met een voertuig op het tarmac.
Omdat de schade aan de impactzijde vaak moeilijk te detecteren valt, wordt deze “nauwelijks zichtbare impactschade” genoemd. In het laminaat en aan de andere zijde kan soms aanzienlijke schade met scheuren in de matrix en delaminatie zichtbaar zijn.
De CAI test kan opgedeeld worden in drie fasen:
- Het aanbrengen van de impactschade in een geschikte valtoren met de in de gebruikte norm beschreven impactenergie.
- Evaluatie en documentatie van de impactschade door het meten van de vervorming op de impactlocatie en bijkomende evaluatie van de schade in het laminaat via niet-destructieve testmethoden, bv. ultrasoonmeting.
Opmerking: De niet-destructieve (NDT) ultrasoontest maakt geen deel uit van het ZwickRoell productgamma. Hiervoor verwijzen we u door naar andere leveranciers. - Bepaling van de blijvende statische druksterkte in een geschikte statische materiaaltestmachine met CAI testwerktuig.
Welke normen worden gebruikt voor het uitvoeren van CAI tests?
Gangbare normen voor de compression after impact test zijn onder anderen
- ASTM D7136: Meting van de weerstand tegen beschadiging van een vezelversterkte polymeermatrixcomposiet door een valtest
- ASTM D7137: Blijvende druksterkte-eigenschappen van beschadigde platen uit polymeermatrixcomposiet
- ISO 18352: Bepaling van compression after impact eigenschappen bij een bepaalde impact-energie
- AITM1-0010: Airbus testmethode voor bepaling van de druksterkte na impact
- Boeing BSS 7260, Type II: Post-impact druksterkte van composiet laminaten
De norm ASTM D7136 beschrijft de impacttest, de evaluatie en documentatie van de impactschade na de test. ASTM D7137 beschrijft de statische druktest voor bepaling van de blijvende druksterkte van het beschadigde laminaat.
Alle andere hierboven vermelde normen beschrijven de drie fasen in de uitvoering van de test, alhoewel de procedure voor de bepaling van interne schade via niet-destructieve tests niet in detail beschreven wordt.
Uitvoeren van de CAI test: voorbeschadiging van het sample
In een HIT230F of HIT600F geïnstrumenteerde valtoren wordt het sample voorbeschadigd in een klemwerktuig met de in de gebruikte norm vastgelegde impactenergie. Afhankelijk van de norm kunnen de afmetingen van het klemwerktuig en de klempositie licht verschillen.
Voor een eenvoudiger bediening worden de samples buiten de valtoren opgespannen en vervolgens in de testpositie geschoven. Bij de impacttest is het belangrijk een valtoren te gebruiken met een anti-terugveersysteem om te vermijden dat de initiële impactschade gemaskeerd wordt door herhaalde impact tussen het sample en het impactlichaam. Met een geïnstrumenteerde valtoren is het makkelijk de krachtcurve, de impactsnelheid en de impactenergie geabsorbeerd oor het sample te bepalen.
Passende testmachines voor het voorbeschadigen van testplaten
De HIT230F geïnstrumenteerde valtoren met instelbare valhoogte tot 1 meter, geïntegreerde snelheidsmeting ter hoogte van de impact, anti-terugveersysteem, passend impactlichaam voor de impacttest (16 mm diameter) en makkelijk uitwisselbare gewichten voor het instellen van verschillende impact-energieën, is speciaal ontworpen om te voldoen aan de vereisten bij het voorbeschadigen van CAI samples.
De HIT600F geïnstrumenteerde valtoren is eveneens ideaal voor het voorbeschadigen van samples voor een CAI test, en kan nog hogere snelheden en impact-energieën bereiken met een grotere valhoogte en een optionele acceleratie-eenheid. Daarom is deze ook geschikt voor het uitvoeren van multi-axiale doorsteektests op kunststof samples.
Uitvoeren van de CAI test: statische druktest
Nadat een sample voorbeschadigd werd tijdens een impacttest in een valtoren, wordt de impactschade geëvalueerd door het meten van de vervorming ter hoogte van de impact en worden niet-destructieve tests uitgevoerd voor het bepalen van schade aan de binnenkant van het laminaat. Daarna kan de uiteindelijke statische druktest voor het bepalen van de CAI overblijvende sterkte uitgevoerd worden.
Voor deze test wordt het voorbeschadigde sample in een speciale CAI druktestkit geplaatst. Aangezien de algemene vereisten voor het inklemmen van het sample verschillen in de CAI testnorm, worden twee verschillende druktestkits gebruikt.
- Voor ASTM D7137 en Boeing BSS 7260 Type II wordt het sample geleid aan alle vier kanten, maar niet ingeklemd
- Voor ISO 18352 en Airbus AITM1-0010 wordt het sample ingeklemd aan de boven- en onderzijde, en geleid aan de zijkanten via lijncontact
CAI druktestwerktuig (compression after impact)
Het CAI werktuig wordt tussen twee drukplaten geplaatst in de materiaaltestmachine. Tijdens de CAI test wordt het sample onderworpen aan een drukbelasting tot het breekt. De Compression After Impact test is geldig als het sample faalt in de centrale zone waar de impactschade werd uitgeoefend. Ter hoogte van de bovenste of onderste klem mag het sample niet falen.
Voordelen:
- Makkelijk wisselen van het sample dankzij de eenvoudige werkwijze van het CAI werktuig
- Geschikt voor een breed temperatuurbereik van -70 °C tot +300 °C
- Dankzij de steunbalken is het werktuig stijver en buigt het niet lateraal door, in het bijzonder bij onconventionele laminaatstructuren
- Uitwisselbare carbide inserts voor de bovenste en onderste contactvlakken met het sample verminderen de slijtage van de zwaar belaste krachtinleidingsvlakken
Compression After Impact (CAI) Test volgens ASTM D7137
Bij een compression after impact (CAI) test wordt een vooraf beschadigd sample getest met een speciale drukopstelling tot 600 kN. De compression after impact test wordt uitgevoerd met een Z600E materiaaltestmachine bij temperaturen tussen -60 °C en +350 °C.
Passende testmachines voor de CAI druktest
Tijdens een compression after impact test met relatief grote samples van 100 mm x 150 mm x 5 mm (breedte x lengte x dikte) kunnen makkelijk krachten hoger dan 100 kN optreden. Dit is afhankelijk van het type composietmateriaal (bv. CFRP of GFRP), het type vezelversterking (bv. UD, scrim of weefsel), of laminaatconstructies en dikten die afwijken van de nominale laminaatconstructies uit de hierboven vermelde testnormen.
CAI tests worden daarom best uitgevoerd met een statische materiaaltestmachine met een nominale belasting van 150 kN tot 250 kN. Voor een CAI test op zeer dikke laminaten, worden ook versterkte CAI opstellingen en statische materiaaltestmachines met een hogere nominale belasting tot 600 kN gebruikt.
Om de nauwkeurige uitlijning van de testopstelling en de nauwkeurigheid van de afmetingen van het CAI druktestwerktuig te verifiëren, moeten testsamples voorzien van rekstrookjes aan beide zijden gebruikt worden bij elke test tijdens het opstellen van de testwerktuigen of op regelmatige intervallen. Dit is afhankelijk van de gebruikte CAI testnorm (in totaal 4 samples). Het signaal van de rekstrookjes kan geïntegreerd worden in de testmachine met vooraf samengestelde boxen voor rekstrookjes, of met een geschikte universele meetversterker.
FAQ
Met een impacttest wordt een composietsample vooraf beschadigd. Daarna wordt de overblijvende druksterkte gemeten in een statische druktest. Op die manier wordt de weerstand bepaald tegen beschadiging door impact van een laminaat uit vezelversterkt composiet.
Compression After Impact (CAI) simuleert een beschadiging van een composietmateriaal, zoals bij een voertuig of vliegtuig dat getroffen wordt door een steen, vogel of ongeval. Met deze test wordt de blijvende druksterkte bepaald.
Voor de CAI test heeft u een valtoren nodig om het sample te beschadigen, en een statische materiaaltestmachine voor de statische druktest.