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ELS-Prüfkörper

Allgemeines

Die angelsächsische Abkürzung ELS steht für "End-Loaded Split".
Der ELS-Prüfkörper wird zur Bestimmung der interlaminaren Risszähigkeiten von Mode II-Belastung verwendet [1].

Prüfkörperform

In Analogie zum Double-Cantilever Beam (DCB)-Versuch (siehe auch DCB-Prüfkörper) wird eine 50 mm lange Folie eingelegt. Die Abmessungen betragen 170 x 20 mm². Für CFK-Laminate wird B = 3 mm und GFK B = 5 mm verwendet, um das Delaminationswachstum bei unterschiedlich steifen Prüfkörpern zu berücksichtigen (bei zu dünnen Prüfkörpern besteht die Gefahr eines vorzeitigen Bruchs im Anrissbereich). Zur optischen Begutachtung des Risswachstums werden CCD-Kameras eingesetzt.

Els.jpg

Bild: End-Loaded Split (ELS)-Prüfung nach ESIS TC 4

Über einen Belastungsblock wird die Kraft gleichförmig eingeleitet und der Prüfkörper bei Traversengeschwindigkeiten von 1 bis 5 mm/min belastet. Gleichzeitig wird mit einem geeigneten Messsystem die Durchbiegung bestimmt und durch das Risswachstum in der Mittelschicht verändert sich die Nachgiebigkeit des Prüfkörpers.

Bestimmungsgleichung für die Energiefreisetzungsrate

In Auswertung der aufgezeichneten Kraft-Durchbegungs-Diagramme wird die Energiefreisetzungsrate berechnet [2]

G_{IIc}=\frac{18 \cdot F^2 \cdot a^2}{B^2 \cdot d^3 \cdot E_f}

mit:

F Kraft
B Prüfkörperbreite
a Delaminationslänge
d Prüfkörperdicke
Ef Biegemodul

Voraussetzung für die Anwendung der Gleichung ist, dass Belastungs- und Entlastungskurve übereinstimmen. Ansonsten müssen die in der ESIS TC 4-Prüfvorschrift [3] für diesen Versuch beschriebenen Korrekturfaktoren ermittelt werden (Nichtlinearitäten sind z. B. durch Reibungseffekte zwischen den gegenüberliegenden Rissflächen begründet).

Eine umfangreiche Zusammenstellung von geeigneten Prüfkörpern für bruchmechanische Untersuchungen an Kunststoffen und Verbundwerkstoffen ist in Bruchmechanikprüfkörper enthalten.


Literaturhinweise

[1] Altstädt, V.: Prüfung von Verbundwerkstoffen. In: Grellmann, W., Seidler, S. (Hrsg.): Kunststoffprüfung. Carl Hanser Verlag, München (2015) 3. Auflage, S. 581/582 (ISBN 978-3-446-44350-1; siehe AMK-Büchersammlung unter A 18)
[2] Wang, H., Vu-Khanh, T.: Use of End-Loaded-Split (ELS) Test to Study Stable Fracture Behaviour of Composites under Mode II Loading. Composite Structure 36 (1996) 71–79
[3] ESIS TC 4 (1995): Protocol for Interlaminar Fracture Testing of Composites (Mode I DCB-ISO 15024 and Mode II ELS-ESIS TC 4)