Johdanto
Mekaanisia värähtelyjä syntyy luonnostaan esimerkiksi maanjäristysten aiheuttamista värähtelyistä, ja niitä esiintyy lähes kaikissa teknisissä järjestelmissä ja autoteollisuuden järjestelmissä. Ne vaikuttavat merkittävästi teknisten rakenteiden kestävyyteen, voivat vahingoittaa lähistöllä olevia koneita ja niihin liittyy usein häiritsevää melua. Näiden häiriöiden välttämiseksi käytetään kumimetallipuskureita, jotka irrottavat päärakenteen maasta.
Todellisissa sovelluksissa tekniset elastomeerituotteet altistuvat yleensä sekä staattisille että dynaamisille mekaanisille kuormituksille. Sovelluksesta riippuen staattinen ja dynaaminen kuormitus voi vaihdella laajalla alueella. Staattinen kuormitus liittyy usein tuotteen omaan painoon, ja se voi muuttua ajan myötä (esim. henkilöauto, jossa on 1-4 matkustajaa, polttoainesäiliö: tyhjä tai täynnä). Ajoneuvon käyvän moottorin ja ajoprosessien aiheuttamat värähtelyt aiheuttavat värähtelevän dynaamisen mekaanisen kuormituksen. Kaikki staattiset kuormitusmuodot, kuten puristus, veto ja leikkaus, voivat esiintyä.
Tällaiset todelliset käyttöolosuhteet voidaan helposti siirtää käytännössä laboratorioon High-Force DMA Gabo Eplexor® -järjestelmän avulla. Joissakin sovelluksissa, kuten kumikuljetinhihnoissa, vetohihnoissa tai kumi-metallipuskureissa, tavanomaiselle käytölle on kuitenkin ominaista, että staattinen esikuormitus on pienempi kuin todellinen dynaaminen kuormitus. Tällaiset kuormitusprofiilit aiheuttavat hankaluuksia tutkittavan osan mekaanisten ominaisuuksien analysoinnissa, koska näytteen ja näytteenpitimen välinen kosketus puristustilassa katkeaa tilapäisesti. Oikea, artefakteista vapaa testaus ei yleensä ole tällöin helposti mahdollista.
Sopivien näytteenpitimien ansiosta High-Force DMA Gabo Eplexor® -laitteella voidaan poistaa tämä tekninen rajoitus. Osoitetaan tämä todellisen sovelluksen avulla.
Kumi-metallipuskureita käytetään iskujen eristämiseen ja TärinäMekaanista värähtelyprosessia kutsutaan värähtelyksi. Värähtely on mekaaninen ilmiö, jossa tapahtuu värähtelyjä tasapainopisteen ympärillä. Monissa tapauksissa värähtely on ei-toivottua, sillä se tuhlaa energiaa ja aiheuttaa ei-toivottua ääntä. Esimerkiksi moottoreiden, sähkömoottoreiden tai minkä tahansa käytössä olevan mekaanisen laitteen värähtelyt ovat tyypillisesti ei-toivottuja. Tällaiset värähtelyt voivat johtua pyörivien osien epätasapainosta, epätasaisesta kitkasta tai hammaspyörien hampaiden kytkeytymisestä toisiinsa. Huolellinen suunnittelu minimoi yleensä ei-toivotut värähtelyt.tärinän eristämiseen. Niitä valmistetaan erilaisista kumimateriaaleista, ja niitä on saatavana monessa eri muodossa ja koossa. Kuvassa 1 esitetään kaksi erilaista sylinterimäistä kumi-metallipuskurityyppiä. Kahdella pultilla varustettu kumi-metallipuskuri on 25 mm pitkä ja sen halkaisija on 20 mm. Kumi-metallipuskuri, jossa on yksi pulttipultti ja yksi kierteitetty reikä, on 40 mm pitkä ja sen halkaisija on 40 mm.
Kumi-metallipuskurin kiinnittämiseen High-Force DMA Gabo Eplexor®-laitteeseen käytetään sopivia näytepidikkeitä, joissa on jatkokappaleet. Kuvassa 2 esitetään High-Force DMA Gabo Eplexor®-laitteeseen asennettu lieriömäinen kumi-metallipuskuri, jossa on yksi pulttipultti ja yksi kierteitetty reikä.
Ajan pyyhkäisy suoritettiin huoneenlämmössä ja 10 Hz:n taajuudella. Staattista kuormitusta lisättiin 120 sekunnin välein eri vaiheissa 0 N:stä 140 N:iin ja vähennettiin sitten 7 N:iin. Dynaaminen kuormitus pidettiin vakiona koko mittauksen ajan 200 N:ssä. Kuvassa 3 esitetään staattisen ja dynaamisen kuormituksen ajallinen profiili mittauksen aikana, Fstat ja Fdyn.
Kumi-metallipuskurissa olevat mekaaniset rasitukset voidaan johtaa ottamalla huomioon geometriset tekijät. Kuvassa 4 on esitetty staattinen muodonmuutos εstat sinisellä ja dynaaminen muodonmuutos εdyn punaisella.
Voidaan nähdä, että staattinen venymä pysyy pienempänä lähes koko mittauksen ajan kuin dynaaminen venymä. Sopivien näytteenpitimien käyttö estää näytteen ja näytteenpitimen välisen kosketuksen tilapäisen katkeamisen. Näin ollen tämä mittausjärjestely mahdollistaa kumi-metallipuskurin todellisten toimintaolosuhteiden siirtämisen käytännössä laboratorioon luotettavalla tavalla. Nyt on mahdollista tehdä luotettavia (artefakteista vapaita) johtopäätöksiä kumi-metallipuskurin todellisesta mekaanisesta käyttäytymisestä käytön aikana.
Kuvassa 5 esitetään kimmomoduulin |E*| ja häviökertoimen tanδ ajallinen profiili kumi-metallipuskurille huoneenlämmössä ja 10 Hz:n taajuudella. KimmomoduuliKompleksinen moduuli (kimmokomponentti), varastointimoduuli tai G', on näytteiden "todellinen" osa kokonaiskompleksisesta moduulista. Tämä kimmokomponentti ilmaisee mitattavan näytteen kiinteän kaltaisen tai faasivasteen. Kimmomoduuli |E*| pienenee ajan myötä. Dynaamisen jännityksen mittausajan funktiona kumi-metallipuskuriin syntyy ajasta riippuva muodonmuutos ε(t). Tämä käyttäytyminen muistuttaa virumiskokeita. Viruma liittyy muodonmuutoksen kasvuun vakiokuormituksessa (ks. kuva 4). Koska dynaaminen kuormitus on ajan mittaan vakio, Hooken lain mukaan kimmomoduulin |E*| on pienennyttävä. Eri staattisten kuormitusten avulla simuloidut erilaiset painot eivät juurikaan vaikuta kimmomoduuliin |E*|, koska ne ovat pienempiä kuin dynaaminen kuormitus.
Häviökerroin tanδ pienenee ajan myötä, koska sisäinen kitka pienenee. Näyte rentoutuu.
Päätelmä
Osoitettiin, että todelliset kuormitustilanteet sovelluksissa, kuten kumi-metallipuskureissa - joissa tavanomaiselle käytölle on ominaista todellista dynaamista kuormitusta pienempi staattinen esikuormitus - voidaan helposti testata High-Force DMA Gabo Eplexor®-laitteella. High-Force DMA Gabo Eplexor® antaa tarkkoja ja artefaktoista vapaita tuloksia monipuolisuutensa ja käytettävien näytepitimien sopivuuden ansiosta.
High-Force DMA Gabo Eplexor® tarjoaa ainutlaatuisen edun, sillä sen avulla voidaan testata oikein yksinkertaisten ja perusmateriaalien lisäksi myös valmiita tuotteita käytön aikana.