Bevezetés
A mechanikai rezgések természetes módon keletkeznek például földrengés gerjesztéséből, és szinte minden műszaki és gépjárműrendszerben előfordulnak. Jelentősen befolyásolják a műszaki szerkezetek túlélőképességét, károsíthatják a közelben elhelyezett gépeket, és gyakran zavaró zaj kíséri őket. E zavarok elkerülése érdekében gumimetál puffereket használnak a főszerkezet és a talaj közötti leválasztásra.
A valós alkalmazásokban a műszaki elasztomer termékek általában mind statikus, mind dinamikus mechanikai terhelésnek vannak kitéve. Az alkalmazástól függően a statikus és dinamikus terhelés széles tartományban változhat. A statikus terhelés gyakran a termék saját tömegéhez kapcsolódik, és idővel változhat (pl. személygépkocsi 1-4 utassal, üzemanyagtartály: üres vagy tele). A jármű járó motorja és a vezetési folyamatok miatti rezgések egy rezgő dinamikus mechanikai terhelést helyeznek el. Minden statikus terhelési mód, mint például a nyomó-, húzó- és nyíróterhelés, előfordulhat.
Az ilyen valós üzemi körülményeknek a gyakorlatból a laboratóriumba történő átvitele könnyen elvégezhető a High-Force DMA Gabo Eplexor® rendszerrel. Egyes alkalmazások, például gumiszállító szalagok, hajtásszíjak vagy gumi-fém pufferek esetében azonban a normál használatot a tényleges dinamikus terhelésnél kisebb statikus előfeszítés jellemzi. Az ilyen terhelési profilok bonyodalmakat okoznak a vizsgált alkatrész mechanikai tulajdonságainak elemzése során, mivel a minta és a mintatartó között kompressziós üzemmódban átmenetileg megszűnik az érintkezés. A helyes, artefaktumoktól mentes vizsgálat ebben az esetben általában nem könnyen lehetséges.
A megfelelő mintatartóknak köszönhetően a High-Force DMA Gabo Eplexor® képes áthidalni ezt a technikai korlátozást. Mutassuk be ezt egy valós alkalmazással.
A gumi-fém puffereket az ütések szigetelésére és a rezgések elszigetelésére használják. Különböző gumianyagokból készülnek, és számos formában és méretben kaphatók. Az 1. ábra két különböző hengeres gumi-fém puffer típust mutat. A két csavarcsavarral ellátott gumi-fém puffer 25 mm hosszú és 20 mm átmérőjű. Az egy csapszegcsavarral és egy menetes furattal ellátott gumifém puffer 40 mm hosszú és 40 mm átmérőjű.
A gumi-metál puffer High-Force DMA Gabo Eplexor® készülékre történő felszereléséhez megfelelő, hosszabbítóval ellátott mintatartók használhatók. A 2. ábra egy hengeres gumi-metál puffert mutat, amely egy csavarcsavarral és egy menetes furattal van felszerelve a High-Force DMA Gabo Eplexor® készülékre.
Az időmérést szobahőmérsékleten és 10 Hz-es frekvencián végeztük. A statikus terhelést 120 másodperces időközönként különböző lépésekben 0 N-ről 140 N-ra növeltük, majd 7 N-ra csökkentettük. A dinamikus terhelést a teljes mérés alatt állandó értéken, 200 N-on tartottuk. A 3. ábra a mérés során a statikus és dinamikus terhelések időbeli profilját mutatja, Fstat és Fdyn értékeket.
A gumi-fém pufferben meglévő mechanikai feszültségek a geometriai tényezők figyelembevételével származtathatók. A 4. ábra az εstat statikus alakváltozást kékkel, az εdyn dinamikus alakváltozást pedig pirossal mutatja.
Látható, hogy a statikus alakváltozás szinte a teljes mérés alatt kisebb marad, mint a dinamikus alakváltozás. A megfelelő mintatartók használatával elkerülhető a minta és a mintatartó közötti kapcsolat átmeneti megszűnése. Ezért ez a mérési elrendezés lehetővé teszi a gumi-fém puffer valós működési körülményeinek a gyakorlatból a laboratóriumba való megbízható átvitelét. Most már megbízható (műtermékektől mentes) következtetéseket lehet levonni a gumi-fém puffer valós mechanikai viselkedéséről az alkalmazás során.
Az 5. ábra a gumi-fém puffer Rugalmassági modulusA komplex modulus (rugalmas komponens), tárolási modulus vagy G', a minták "valós" része a teljes komplex modulus. Ez a rugalmas komponens jelzi a mérendő minta szilárd, vagy fázisban lévő válaszát. rugalmassági modulusának |E*| és veszteségtényezőjének tanδ időbeli profilját mutatja szobahőmérsékleten és 10 Hz-es frekvencián. A Rugalmassági modulusA komplex modulus (rugalmas komponens), tárolási modulus vagy G', a minták "valós" része a teljes komplex modulus. Ez a rugalmas komponens jelzi a mérendő minta szilárd, vagy fázisban lévő válaszát. rugalmassági modulus |E*| idővel csökken. A dinamikus feszültség mérési idejének függvényében a gumi-fém puffer időfüggő ε(t) alakváltozása következik be. Ez a viselkedés a kúszásvizsgálatokra emlékeztet. A CreepA kúszás idő- és hőmérsékletfüggő képlékeny alakváltozást ír le állandó erő hatására. Amikor egy gumikeverékre állandó erőt alkalmazunk, az erő alkalmazása következtében kapott kezdeti alakváltozás nem rögzített. A deformáció az idő múlásával növekszik. kúszás állandó terhelés mellett az alakváltozás növekedésével jár (lásd a 4. ábrát). Mivel a dinamikus terhelés időben állandó, a Hooke-törvény szerint a rugalmassági modulusnak |E*| csökkennie kell. A különböző statikus terhelésekkel szimulált különböző súlyok alig befolyásolják a rugalmassági modulust |E*|, mivel kisebbek, mint a dinamikus terhelés.
A veszteségtényező tanδ idővel csökken, mert a belső súrlódás csökken. A minta ellazul.
Következtetés
Kimutatták, hogy az olyan alkalmazásoknál, mint a gumi-fém pufferek - ahol a normál használatot a tényleges dinamikus terhelésnél kisebb statikus előterhelés jellemzi - a High-Force DMA Gabo Eplexor® segítségével könnyen tesztelhetőek a valós terhelési helyzetek. A High-Force DMA Gabo Eplexor® sokoldalúságának és a használt mintatartók alkalmasságának köszönhetően pontos és artefaktumoktól mentes eredményeket biztosít.
A High-Force DMA Gabo Eplexor® egyedülálló előnye, hogy működés közben nemcsak az egyszerű és alapanyagokat, hanem a késztermékeket is megfelelően vizsgálhatja.