Inleiding
Mechanische trillingen ontstaan op natuurlijke wijze, bijvoorbeeld door aardbevingen, en komen voor in bijna alle technische en automobielsystemen. Ze tasten de overlevingskansen van technische constructies aanzienlijk aan, kunnen schade toebrengen aan nabij geplaatste machines en gaan vaak gepaard met storend lawaai. Om deze storingen te voorkomen, worden buffers van rubbermetaal gebruikt om de hoofdconstructie los te koppelen van de grond.
In reële toepassingen worden technische elastomeerproducten over het algemeen blootgesteld aan zowel statische als dynamische mechanische belastingen. Afhankelijk van de toepassing kan de statische en dynamische belasting over een groot bereik variëren. De statische belasting is vaak gerelateerd aan het eigen gewicht van een product en kan in de loop van de tijd veranderen (bijv. personenauto met 1 tot 4 passagiers, brandstoftank: leeg of vol). Trillingen door de draaiende motor van het voertuig en rijprocessen zorgen voor een oscillerende dynamische mechanische belasting. Alle statische belastingsmodi zoals compressie, trek en afschuiving kunnen plaatsvinden.
Het overbrengen van dergelijke echte werkomstandigheden van de praktijk naar het laboratorium kan eenvoudig worden uitgevoerd met het High-Force DMA Gabo Eplexor® systeem. Voor sommige toepassingen, zoals rubberen transportbanden, aandrijfriemen of rubber-metaal buffers, wordt normaal gebruik echter gekenmerkt door een statische voorbelasting die kleiner is dan de werkelijke dynamische belasting. Dergelijke belastingsprofielen veroorzaken complicaties bij het analyseren van de mechanische eigenschappen van het onderzochte onderdeel, omdat er een tijdelijk contactverlies optreedt tussen het monster en de monsterhouder in de compressiemodus. Correct testen zonder artefacten is in dit geval meestal niet goed mogelijk.
Dankzij geschikte monsterhouders kan de High-Force DMA Gabo Eplexor® deze technische beperking overwinnen. We demonstreren dit aan de hand van een echte toepassing.
Rubberen-metalen buffers worden gebruikt om schokken te isoleren en trillingen te dempen. Ze worden gemaakt van verschillende rubberen materialen en zijn verkrijgbaar in vele vormen en maten. Figuur 1 toont twee verschillende types cilindrische rubber-metaalbuffers. Een rubber-metaalbuffer met twee tapbouten is 25 mm lang en heeft een diameter van 20 mm. Een rubbermetalen buffer met één tapbout en één draadgat is 40 mm lang en heeft een diameter van 40 mm.
Geschikte monsterhouders met verlengstukken worden gebruikt om de rubber-metalen buffer op de High-Force DMA Gabo Eplexor® te monteren. Figuur 2 toont een gemonteerde cilindrische rubber-metalen buffer met één tapbout en één draadgat op de High-Force DMA Gabo Eplexor®.
Time sweep werd uitgevoerd bij kamertemperatuur en een frequentie van 10 Hz. De statische belasting werd in tijdsintervallen van 120 seconden verhoogd in verschillende stappen van 0 N tot 140 N en vervolgens verlaagd tot 7 N. De dynamische belasting werd tijdens de gehele meting constant gehouden op 200 N. Figuur 3 toont het temporele profiel van de statische en dynamische belasting tijdens de meting, respectievelijk Fstat en Fdyn.
De bestaande mechanische rek binnen de rubber-metaalbuffer kan worden afgeleid door rekening te houden met de geometrische factoren. Figuur 4 toont de statische vervorming εstat in blauw en de dynamische vervorming εdyn in rood.
Het is te zien dat de statische rek gedurende bijna de hele meting kleiner blijft dan de dynamische rek. Het gebruik van geschikte monsterhouders voorkomt een tijdelijk verlies van contact tussen het monster en de monsterhouder. Daarom maakt deze meetopstelling het mogelijk om de werkelijke werkingsomstandigheden van de rubber-metaalbuffer op een betrouwbare manier over te brengen van de praktijk naar het laboratorium. Het is nu mogelijk om betrouwbare conclusies te trekken (vrij van artefacten) over het werkelijke mechanische gedrag van de rubber-metaalbuffer tijdens het gebruik.
Figuur 5 toont het temporele profiel van de elasticiteitsmodulus |E*| en verliesfactor tanδ voor de rubber-metaalbuffer bij kamertemperatuur en een frequentie van 10 Hz. De elasticiteitsmodulus |E*| neemt in de loop van de tijd af. Als functie van de meettijd van de dynamische spanning treedt een tijdsafhankelijke vervorming ε(t) van de rubber-metaalbuffer op. Dit gedrag doet denken aan kruiptesten. KruipKruip beschrijft een tijd- en temperatuurafhankelijke plastische vervorming onder een constante kracht. Wanneer een constante kracht wordt uitgeoefend op een rubbermengsel, is de initiële vervorming die wordt verkregen door het uitoefenen van de kracht niet vast. De vervorming neemt toe met de tijd.Kruip gaat gepaard met een toename van de vervorming onder een constante belasting (zie figuur 4). Aangezien de dynamische belasting constant is in de tijd, moet volgens de wet van Hooke de elasticiteitsmodulus afnemen. De verschillende gedragen gewichten, gesimuleerd door verschillende statische belastingen, beïnvloeden de elasticiteitsmodulus |E*| nauwelijks omdat ze kleiner zijn dan de dynamische belasting.
De verliesfactor tanδ neemt na verloop van tijd af omdat de inwendige wrijving afneemt. Het proefstuk ontspant.
Conclusie
Er werd aangetoond dat echte belastingssituaties voor toepassingen zoals rubber-metaalbuffers - waarbij normaal gebruik gekenmerkt wordt door een statische voorbelasting die kleiner is dan de werkelijke dynamische belasting - eenvoudig getest kunnen worden met behulp van de High-Force DMA Gabo Eplexor®. De High-Force DMA Gabo Eplexor® levert nauwkeurige resultaten zonder artefacten dankzij zijn veelzijdigheid en de geschiktheid van de gebruikte monsterhouders.
De High-Force DMA Gabo Eplexor® biedt het unieke voordeel dat hij niet alleen eenvoudige en basismaterialen correct kan testen, maar ook eindproducten tijdens het gebruik.