Wprowadzenie
Drgania mechaniczne powstają naturalnie w wyniku np. trzęsień ziemi i występują w niemal wszystkich systemach technicznych i motoryzacyjnych. Znacząco wpływają one na żywotność konstrukcji inżynierskich, mogą uszkadzać znajdujące się w pobliżu maszyny i często towarzyszy im uciążliwy hałas. Aby uniknąć tych zakłóceń, stosuje się bufory z gumy metalowej, które oddzielają główną konstrukcję od podłoża.
W rzeczywistych zastosowaniach produkty z elastomerów technicznych są zazwyczaj poddawane zarówno statycznym, jak i dynamicznym obciążeniom mechanicznym. W zależności od zastosowania, obciążenia statyczne i dynamiczne mogą zmieniać się w szerokim zakresie. Obciążenie statyczne jest często związane z ciężarem własnym produktu i może zmieniać się w czasie (np. samochód osobowy z 1 do 4 pasażerami, zbiornik paliwa: pusty lub pełny). WibracjeMechaniczny proces oscylacji nazywany jest wibracją. Wibracje to zjawisko mechaniczne, w którym oscylacje zachodzą wokół punktu równowagi. W wielu przypadkach wibracje są niepożądane, marnują energię i generują niepożądane dźwięki. Na przykład, ruchy wibracyjne silników, silników elektrycznych lub innych pracujących urządzeń mechanicznych są zazwyczaj niepożądane. Takie wibracje mogą być spowodowane brakiem równowagi w obracających się częściach, nierównomiernym tarciem lub zazębianiem się zębów kół zębatych. Staranne projekty zazwyczaj minimalizują niepożądane wibracje.Wibracje spowodowane pracą silnika pojazdu i procesami jazdy nakładają się na oscylujące dynamiczne NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie mechaniczne. Mogą występować wszystkie tryby obciążenia statycznego, takie jak ściskanie, rozciąganie i ścinanie.
Przeniesienie takich rzeczywistych warunków pracy z praktyki do laboratorium można łatwo wykonać za pomocą systemu High-Force DMA GABO Eplexor®. Jednak w przypadku niektórych zastosowań, takich jak gumowe taśmy przenośnikowe, pasy napędowe lub zderzaki gumowo-metalowe, normalne użytkowanie charakteryzuje się statycznym obciążeniem wstępnym smallwiększym niż rzeczywiste NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie dynamiczne. Takie profile obciążenia powodują komplikacje w analizie właściwości mechanicznych badanego elementu, ponieważ dochodzi do tymczasowej utraty kontaktu między próbką a uchwytem próbki w trybie ściskania. Prawidłowe testowanie wolne od artefaktów nie jest zwykle możliwe w tym przypadku.
Dzięki odpowiednim uchwytom na próbki, urządzenie High-Force DMA GABO Eplexor® może przezwyciężyć to ograniczenie techniczne. Zademonstrujmy to na przykładzie rzeczywistego zastosowania.
Bufory gumowo-metalowe służą do izolowania wstrząsów i drgań. Są one wykonane z różnych materiałów gumowych i są dostępne w wielu kształtach i rozmiarach. Rysunek 1 przedstawia dwa różne typy cylindrycznych zderzaków gumowo-metalowych. Zderzak gumowo-metalowy z dwoma śrubami dwustronnymi ma długość 25 mm i średnicę 20 mm. Zderzak gumowo-metalowy z jedną śrubą dwustronną i jednym otworem gwintowanym ma długość 40 mm i średnicę 40 mm.
Do montażu bufora gumowo-metalowego na urządzeniu High-Force DMA GABO Eplexor® używane są odpowiednie uchwyty próbek z przedłużkami. Rysunek 2 przedstawia zamontowany cylindryczny zderzak gumowo-metalowy z jedną śrubą dwustronną i jednym otworem gwintowanym na urządzeniu High-Force DMA GABO Eplexor®.
Pomiar czasowy przeprowadzono w temperaturze pokojowej przy częstotliwości 10 Hz. Obciążenie statyczne było zwiększane w odstępach czasowych wynoszących 120 sekund w różnych krokach od 0 N do 140 N, a następnie zmniejszane do 7 N. Obciążenie dynamiczne było utrzymywane na stałym poziomie podczas całego pomiaru i wynosiło 200 N. Rysunek 3 przedstawia czasowy profil obciążeń statycznych i dynamicznych podczas pomiaru, odpowiednio Fstat i Fdyn.
Istniejące odkształcenia mechaniczne w buforze gumowo-metalowym można wyprowadzić, biorąc pod uwagę czynniki geometryczne. Rysunek 4 przedstawia odkształcenie statyczne εstat na niebiesko i odkształcenie dynamiczne εdyn na czerwono.
Można zauważyć, że odkształcenie statyczne pozostaje smallwiększe podczas prawie całego pomiaru niż odkształcenie dynamiczne. Zastosowanie odpowiednich uchwytów do próbek zapobiega tymczasowej utracie kontaktu między próbką a uchwytem. W związku z tym ten układ pomiarowy pozwala na przeniesienie rzeczywistych warunków pracy bufora gumowo-metalowego z praktyki do laboratorium w wiarygodny sposób. Możliwe jest teraz wyciągnięcie wiarygodnych wniosków (wolnych od artefaktów) na temat rzeczywistego zachowania mechanicznego bufora gumowo-metalowego podczas aplikacji.
Rysunek 5 przedstawia czasowy profil modułu sprężystości |E*| i współczynnika strat tanδ dla bufora gumowo-metalowego w temperaturze pokojowej i częstotliwości 10 Hz. Moduł sprężystościModuł zespolony (składnik sprężysty), moduł magazynowania lub G', jest "rzeczywistą" częścią ogólnego modułu zespolonego próbki. Ten składnik sprężysty wskazuje na stałą lub fazową reakcję mierzonej próbki. Moduł sprężystości |E*| zmniejsza się w czasie. W funkcji czasu pomiaru naprężenia dynamicznego występuje zależne od czasu odkształcenie ε(t) bufora gumowo-metalowego. Zachowanie to przypomina testy pełzania. PełzaniePełzanie opisuje zależne od czasu i temperatury odkształcenie plastyczne pod wpływem stałej siły. Gdy stała siła jest przykładana do mieszanki gumowej, początkowe odkształcenie uzyskane w wyniku przyłożenia siły nie jest stałe. Odkształcenie będzie rosło wraz z upływem czasu.Pełzanie jest związane ze wzrostem odkształcenia pod stałym obciążeniem (patrz rysunek 4). Ponieważ NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie dynamiczne jest stałe w czasie, zgodnie z prawem Hooke'a, Moduł sprężystościModuł zespolony (składnik sprężysty), moduł magazynowania lub G', jest "rzeczywistą" częścią ogólnego modułu zespolonego próbki. Ten składnik sprężysty wskazuje na stałą lub fazową reakcję mierzonej próbki. moduł sprężystości |E*| musi maleć. Różne przenoszone ciężary, symulowane przez różne obciążenia statyczne, prawie nie wpływają na Moduł sprężystościModuł zespolony (składnik sprężysty), moduł magazynowania lub G', jest "rzeczywistą" częścią ogólnego modułu zespolonego próbki. Ten składnik sprężysty wskazuje na stałą lub fazową reakcję mierzonej próbki. moduł sprężystości |E*|, ponieważ są one smallwiększe niż NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie dynamiczne.
Współczynnik strat tanδ zmniejsza się z czasem, ponieważ zmniejsza się tarcie wewnętrzne. Próbka rozluźnia się.
Wnioski
Wykazano, że rzeczywiste sytuacje obciążenia dla zastosowań takich jak zderzaki gumowo-metalowe - gdzie normalne użytkowanie charakteryzuje się statycznym obciążeniem wstępnym smallwiększym niż rzeczywiste NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie dynamiczne - można łatwo przetestować za pomocą High-Force DMA GABO Eplexor®. High-Force DMA GABO Eplexor® zapewnia wyniki, które są dokładne i wolne od artefaktów ze względu na swoją wszechstronność i przydatność stosowanych uchwytów na próbki.
High-Force DMA GABO Eplexor® oferuje unikalną zaletę prawidłowego testowania nie tylko prostych i podstawowych materiałów, ale także gotowych produktów podczas pracy.