Introducción
Las vibraciones mecánicas surgen de forma natural, por ejemplo, por las excitaciones sísmicas, y se producen en casi todos los sistemas técnicos y de automoción. Afectan considerablemente a la capacidad de supervivencia de las estructuras de ingeniería, pueden dañar las máquinas situadas cerca y suelen ir acompañadas de ruidos molestos. Para evitar estas perturbaciones, se utilizan topes de caucho para desacoplar la estructura principal del suelo.
En las aplicaciones reales, los productos técnicos elastoméricos suelen estar sometidos a cargas mecánicas estáticas y dinámicas. Dependiendo de la aplicación, la carga estática y dinámica puede variar en un amplio rango. La carga estática suele estar relacionada con el propio peso del producto y puede variar con el tiempo (por ejemplo, un turismo con 1 a 4 pasajeros, depósito de combustible: vacío o lleno). Las vibraciones debidas al motor en marcha del vehículo y a los procesos de conducción superponen una carga mecánica dinámica oscilante. Pueden producirse todos los modos de carga estática, como compresión, tracción y cizallamiento.
La transferencia de estas condiciones reales de funcionamiento de la práctica al laboratorio puede realizarse fácilmente con el sistema High-Force DMA GABO Eplexor®. Sin embargo, en algunas aplicaciones como las cintas transportadoras de caucho, las correas de transmisión o los topes de caucho-metal, el uso normal se caracteriza por una precarga estática menor que la carga dinámica real. Tales perfiles de carga causan complicaciones para el análisis de las propiedades mecánicas del componente examinado, ya que se produce una pérdida temporal de contacto entre la muestra y el portamuestras en el modo de compresión. En este caso, normalmente no es posible realizar ensayos correctos sin artefactos.
Gracias a los portamuestras adecuados, el DMA de alta fuerza GABO Eplexor® puede superar esta limitación técnica. Vamos a demostrarlo con una aplicación real.
Los amortiguadores de caucho-metal se utilizan para aislar golpes y vibraciones. Se fabrican con distintos materiales de caucho y están disponibles en muchas formas y tamaños. La figura 1 muestra dos tipos de amortiguadores cilíndricos de caucho-metal. Un amortiguador de caucho-metal con dos espárragos mide 25 mm de largo y tiene un diámetro de 20 mm. Un tampón de caucho-metal con un espárrago y un orificio roscado mide 40 mm de largo y tiene un diámetro de 40 mm.
Para montar el tampón de caucho-metal en el GABO de DMA de alta fuerza se utilizan portamuestras adecuados con piezas de prolongación Eplexor®. La figura 2 muestra un tampón de caucho-metal cilíndrico montado con un espárrago y un orificio roscado en el High-Force DMA GABO Eplexor®.
El barrido temporal se realizó a temperatura ambiente y a una frecuencia de 10 Hz. La carga estática se incrementó en intervalos de tiempo de 120 segundos en diferentes pasos de 0 N a 140 N y luego se redujo a 7 N. La carga dinámica se mantuvo constante durante toda la medición a 200 N. La figura 3 muestra el perfil temporal de las cargas estática y dinámica durante la medición, Fstat y Fdyn respectivamente.
Las deformaciones mecánicas existentes en el interior del amortiguador caucho-metal pueden deducirse teniendo en cuenta los factores geométricos. La figura 4 muestra la deformación estática εstat en azul y la deformación dinámica εdyn en rojo.
Puede observarse que la deformación estática sigue siendo menor durante casi toda la medición que la deformación dinámica. El uso de portamuestras adecuados evita la pérdida temporal de contacto entre la muestra y el portamuestras. Por lo tanto, esta configuración de medición permite transferir las condiciones reales de funcionamiento del amortiguador de caucho-metal de la práctica al laboratorio de forma fiable. Ahora es posible extraer conclusiones fiables (libres de artefactos) sobre el comportamiento mecánico real del tampón de caucho-metal durante la aplicación.
La figura 5 muestra el perfil temporal del módulo de elasticidad |E*| y el factor de pérdida tanδ del amortiguador caucho-metal a temperatura ambiente y a una frecuencia de 10 Hz. El módulo de elasticidad |E*| disminuye con el tiempo. En función del tiempo de medición de la tensión dinámica, se produce una deformación ε(t) dependiente del tiempo del amortiguador caucho-metal. Este comportamiento recuerda a los ensayos de fluencia. La fluencia está asociada a un aumento de la deformación bajo una carga constante (véase la figura 4). Dado que la carga dinámica es constante en el tiempo, según la ley de Hooke, el módulo de elasticidad |E*| debe disminuir. Los diferentes pesos soportados, simulados mediante diferentes cargas estáticas, apenas influyen en el módulo de elasticidad |E*| porque son menores que la carga dinámica.
El factor de pérdida tanδ disminuye con el tiempo porque se reduce la fricción interna. La muestra se relaja.
Conclusión
Se demostró que las situaciones de carga real para aplicaciones como los amortiguadores de caucho-metal -en las que el uso normal se caracteriza por una precarga estática menor que la carga dinámica real- pueden ensayarse fácilmente mediante el GABO de DMA de alta fuerza Eplexor®. El High-Force DMA GABO Eplexor® proporciona resultados precisos y libres de artefactos gracias a su versatilidad y a la idoneidad de los portamuestras utilizados.
El High-Force DMA GABO Eplexor® ofrece la ventaja única de comprobar correctamente no sólo materiales simples y básicos, sino también productos acabados durante su funcionamiento.