Fünf-Punkt-Kurve

Der Fünf-Punkt-Biegeversuch ist ein spezielles Verfahren zur Bewertung der mechanischen Leistungsfähigkeit von Bauplatten, insbesondere ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber planaren Scherkräften. Mit dieser Methode werden die Rollschereigenschaften einer Platte bewertet, die für das Verständnis ihrer Leistung unter realen Belastungen entscheidend sind.

Bei der Fünf-Punkt-Konfiguration wird der Probekörper an drei Punkten von unten abgestützt, während zwei Lastpunkte von oben aufgebracht werden. Durch diese Anordnung entsteht eine definierte Scherspannungszone im Kern der Platte, so dass Ingenieure messen können, wie sich Materialien verhalten, wenn sie gleichzeitig auf Biegung und Scherung beansprucht werden.

Die Methode ist in Branchen weit verbreitet, in denen Sandwichpaneele, laminierte Verbundwerkstoffe und geklebte Strukturen üblich sind, z. B. in der Luft- und Raumfahrt, im Bauwesen, in der Automobilherstellung und in der Schiffstechnik. Wenn Ingenieure die Leistung eines Materials unter diesen Belastungsbedingungen verstehen, können sie Produkte mit angemessenen Sicherheitsfaktoren und langer Lebensdauer entwerfen.

Die Norm ASTM D2718 legt die Verfahren für die Durchführung von planaren Scherprüfungen an Bauplatten nach der Fünf-Punkt-Biegemethode fest. Sie enthält Anleitungen zu Probenabmessungen, Belastungsraten, Auflagerkonfigurationen und zur Interpretation der Daten im Hinblick auf Genauigkeit und Wiederholbarkeit.

Zu den wichtigsten behandelten Bereichen gehören:

• Probenvorbereitung - Plattendicke, Schnittgenauigkeit und Anforderungen an die Feuchtigkeitskonditionierung.
• Prüfkonfiguration - Abstände der Auflager, Position der Belastungspunkte und Ausrichtung der Spannvorrichtung.
• Lastaufbringung - Anforderungen an Belastungsgeschwindigkeit, Vorspannung und kontinuierliche Datenerfassung.
• Datenberichterstattung - Berechnung der Scherspannung und des Schermoduls sowie Darstellung der Walzschereigenschaften in einem einheitlichen Format.

Die Einhaltung der ASTM D2718 gewährleistet, dass die Ergebnisse konsistent und vergleichbar sind und sich sowohl für technische als auch für behördliche Zwecke eignen. Es ist weithin anerkannt für die Bewertung der Scherfestigkeit von Holzwerkstoffen, Verbundwerkstoffen und Sandwichplatten.

Probenvorbereitung

• Schneiden Sie die Proben nach den genormten Abmessungen gemäß ASTM D2718.
• Sicherstellen, dass die Oberflächen glatt und frei von Mängeln sind, die die Ergebnisse beeinflussen könnten.
• Konditionieren Sie die Proben in einer kontrollierten Umgebung, um Temperatur und Feuchtigkeitsgehalt zu stabilisieren.

Einrichten der Vorrichtung

• Drei untere Auflager mit gleichem Abstand anordnen.
• Zwei obere Belastungspunkte in der Mitte zwischen den unteren Auflagern positionieren.
• Die Ausrichtung überprüfen, um sicherzustellen, dass die Last gleichmäßig über die Probenbreite verteilt ist.

Durchführung der Prüfung

• Der Probekörper wird ohne Vorspannung aufgespannt.
• Die beiden oberen Punkte werden mit der angegebenen Kraft belastet.
• Kraft und Durchbiegung werden kontinuierlich aufgezeichnet, bis die Probe versagt oder die erforderliche Belastungsgrenze erreicht ist.

Datenerfassung und -analyse

Verwenden Sie hochpräzise Kraftmessgeräte für genaue Messwerte.

Berechnen Sie Scherfestigkeit und Schermodul anhand der Formeln in ASTM D2718.

Typische Prüfkräfte reichen von einigen hundert Newton für dünne Verbundlaminate bis zu mehreren Kilonewton für dickere Strukturplatten. Spannweiten und Rollendurchmesser werden entsprechend der Probendicke und Steifigkeit ausgewählt.

Der Fünf-Punkt-Biegetest ist ein wichtiges Instrument für die Qualitätskontrolle und Produktentwicklung in verschiedenen Bereichen:

• Bauwesen - Prüfung der planaren Scherleistung von strukturell isolierten Paneelen (SIPs), Sperrholz und OSB-Platten (oriented strand board).
• Luft- und Raumfahrt - Messung der Kernscherungseigenschaften von Sandwichplatten mit Wabenstruktur für Rumpf- und Flügelstrukturen.
• Automobilbau - Bewertung von geklebten Verbundplatten in Fahrgestellbaugruppen und Innenraumkomponenten.
• Schifffahrt - Sicherstellung der strukturellen Integrität von faserverstärkten Polymerplatten unter Scherbelastung.

Durch die Überprüfung der Scherfestigkeit vor dem Einsatz verringern die Hersteller das Risiko eines Versagens während des Betriebs und können die Materialauswahl hinsichtlich Leistung und Kosten optimieren.

Während der Fünf-Punkt-Biegeversuch für die Bewertung der planaren Scherung ausgelegt ist, befassen sich andere Biegeverfahren mit anderen mechanischen Verhaltensweisen:

• Dreipunkt-Biegeversuch - Ein einzelner zentraler Belastungspunkt, ideal für die Biegefestigkeit, aber weniger geeignet für die Isolierung von Schereffekten.
• Vier-Punkt-Biegeversuch - Verwendet zwei Belastungspunkte ohne die zentrale Drei-Stützen-Basis, bietet eine gleichmäßige Biegung, ist aber nicht für die Messung der planaren Scherung optimiert.

Vorteile der Fünf-Punkt-Biegeprüfung:

• Isoliert die Schereigenschaften innerhalb des Kerns von Sandwich- oder Laminatplatten.
• Reduziert konzentrierte Biegespannungen im Vergleich zur Dreipunktbiegung.
• Liefert repräsentativere Ergebnisse für Materialien, die im Betrieb einer kombinierten Biege- und Scherbelastung ausgesetzt sind.

Genaue Ergebnisse hängen vom korrekten Aufbau und konsistenten Verfahren ab:

• Last-Durchbiegungs-Analyse - Identifizieren Sie den anfänglichen Scherbruchpunkt und bestimmen Sie die Modulwerte.
• Scherfestigkeit - Berechnung anhand der Spitzenlastwerte, angepasst an die Probengeometrie.
• Schermodul - Bestimmung aus der Steigung des linearen Anfangsbereichs der Last-Durchbiegungskurve.

Beste Praktiken für Genauigkeit:

• Verwenden Sie starre Spannvorrichtungen mit präzisen Rollenabständen, um die Prüfvariabilität zu minimieren.
• Kalibrieren Sie Kraftmessdosen und Wegaufnehmer regelmäßig.
• Halten Sie die Umgebungsbedingungen für alle Proben konstant.
• Vermeiden Sie vorzeitige Ausfälle aufgrund von Ausrichtungsfehlern oder Oberflächenfehlern.

Mecmesin bietet Präzisionstestsysteme an, die vollständig mit ASTM D2718 kompatibel sind und akkurate und wiederholbare Ergebnisse für die Bewertung der planaren Scherung liefern.

Standard-kompatible Systeme

OmniTest- und MultiTest-dV-Rahmen, kombiniert mit hochauflösenden Kraftmesszellen, garantieren die vollständige Einhaltung der ASTM-Anforderungen.

Individuell anpassbare Spannvorrichtungen

Von kleinen Labormustern bis hin zu Produktionsplatten in Originalgröße kann Mecmesin konfigurierbare Spannvorrichtungen und Rollenhalterungen liefern, die auf die Probenabmessungen und Belastungsanforderungen zugeschnitten sind.

Integrierte Software

Die VectorPro-Software erlaubt es Ingenieuren,:

• Erfassen von Kraft-Durchbiegungsdaten in Echtzeit.
• Automatische Berechnungen für Scherfestigkeit und Modul durchzuführen.
• Erstellung professioneller Berichte für die Qualitätskontrolle und die Dokumentation der Einhaltung von Vorschriften.

Durch die Kombination von Präzisionsmechanik, fortschrittlicher Software und anpassungsfähigem Spannzeugdesign liefert Mecmesin zuverlässige Daten für fundierte technische Entscheidungen.

Für Ratschläge zur Implementierung von Fünf-Punkt-Biegetests in Ihrem Labor oder Produktionsprozess, kontaktieren Sie Mecmesins technisches Team. Unsere Spezialisten können Ihnen die richtige Ausrüstung, Spannzeuge und Prozeduren empfehlen, um Ihre Testanforderungen zu erfüllen und die Einhaltung der ASTM D2718 sicherzustellen.