09.12.2025 by Sascha Riegler
Cum ajută analiza mecanică dinamică la forțe mari la înțelegerea comportamentului real al materialelor
Componentele din cauciuc utilizate în industria aerospațială, minerit, apărare și sporturi cu motor se confruntă cu sarcini mecanice extreme în condiții reale de funcționare - cu mult peste ceea ce pot reproduce testele standard. High-Force DMA face posibilă măsurarea și simularea acestor solicitări, dezvăluind comportamente critice precum acumularea de căldură, oboseala și efectele Payne și Mullins. Cu ajutorul tehnologiei avansate de testare, producătorii pot prevedea mai bine performanța, pot preveni defecțiunile și pot proiecta materiale din cauciuc mai sigure și mai durabile.
Comportamentul cauciucului sub sarcină grea
Fie că este vorba de anvelope pentru avioane, benzi transportoare pentru minerit, tampoane pentru piste militare sau anvelope pentru curse de Formula 1 - cauciucul este adesea expus la solicitări mecanice extreme. Dar cum se comportă acest material complex în condiții reale? Și cum pot producătorii să testeze și să simuleze în mod fiabil aceste solicitări? Acesta este momentul în care analiza mecanică dinamică (DMA) la forțe mari de către NETZSCH devine esențială.
De ce High-Force DMA?
DMA este o metodă de testare nedistructivă utilizată pentru a analiza comportamentul mecanic dinamic al solidelor viscoelastice. În timp ce DMA-urile convenționale sunt potrivite pentru small probe și teste vâscoelastice liniare, acestea își ating limitele atunci când materialele sunt expuse la forțe mari, frecvențe mari sau large deformări - toate acestea sunt comune în aplicațiile din lumea reală.
NETZSCH oferă instrumente DMA pentru forțe mari, cum ar fi DMA 503 Eplexor® și DMA 523 Eplexor®, capabile să aplice forțe statice de până la 6000 N și forțe dinamice de până la 4000 N. Aceste sisteme fac posibilă testarea large probelor și simularea unor condiții de încărcare realiste - de la anvelope de mare putere la amortizoare de VibrațiiUn proces mecanic de oscilație se numește vibrație. Vibrația este un fenomen mecanic prin care au loc oscilații în jurul unui punct de echilibru. În multe cazuri, vibrația este nedorită, irosind energie și creând sunete nedorite. De exemplu, mișcările vibratorii ale motoarelor, ale motoarelor electrice sau ale oricărui dispozitiv mecanic în funcțiune sunt de obicei nedorite. Astfel de vibrații pot fi cauzate de dezechilibrele părților rotative, de frecarea neuniformă sau de angrenarea dinților angrenajului. Proiectarea atentă minimizează de obicei vibrațiile nedorite.vibrații.
Descoperiți gama de produse NETZSCH High-Force DMA
Acumularea de căldură și explozia - împingerea elastomerilor la limită
Una dintre provocările majore în testarea cauciucului este acumularea de căldură sub sarcină ciclică. Elastomerii au o conductivitate termică slabă. Atunci când sunt supuse unei solicitări dinamice ridicate, se generează mai multă căldură decât poate fi disipată, ceea ce duce la creșterea temperaturii interne - un fenomen cunoscut sub numele de Heat Build-Up (HBU).
Testele Blow-Out merg un pas mai departe: eșantionul este solicitat dinamic până când cedează. Cu High-Force DMA, este posibil să se măsoare nu numai creșterile de temperatură, ci și proprietățile viscoelastice, cum ar fi Elasticitate și modul de elasticitateElasticitatea cauciucului sau elasticitatea entropică descrie rezistența oricărui sistem de cauciuc sau elastomer la o deformare sau tensiune aplicată din exterior. modulul de stocare, modulul de pierdere și comportamentul de amortizare (tan δ) - toate într-un singur test.
Un exemplu practic a arătat că, în timp ce un termocuplu de suprafață a măsurat o creștere a temperaturii de numai 20°C, temperatura internă - captată cu ajutorul unui termocuplu cu ac - a crescut cu până la 70°C. Astfel de informații sunt cruciale, deoarece supraîncălzirea internă poate duce la formarea de cavități, la apariția fisurilor și, în cele din urmă, la o defecțiune catastrofală.
Efectul PayneEfectul Payne este scăderea rezistenței unui sistem de elastomeri cu umplutură și legături încrucișate odată cu creșterea amplitudinii de deformare.Efectul Payne - Când cauciucul se înmoaie prin mișcare
Efectul PayneEfectul Payne este scăderea rezistenței unui sistem de elastomeri cu umplutură și legături încrucișate odată cu creșterea amplitudinii de deformare.Efectul Payne descrie scăderea rigidității (Elasticitate și modul de elasticitateElasticitatea cauciucului sau elasticitatea entropică descrie rezistența oricărui sistem de cauciuc sau elastomer la o deformare sau tensiune aplicată din exterior. modulul de stocare) elastomerilor încărcați la creșterea tensiunii dinamice. Acest efect devine relevant atunci când componentele din cauciuc precum anvelopele, ștergătoarele de parbriz sau amortizoarele de VibrațiiUn proces mecanic de oscilație se numește vibrație. Vibrația este un fenomen mecanic prin care au loc oscilații în jurul unui punct de echilibru. În multe cazuri, vibrația este nedorită, irosind energie și creând sunete nedorite. De exemplu, mișcările vibratorii ale motoarelor, ale motoarelor electrice sau ale oricărui dispozitiv mecanic în funcțiune sunt de obicei nedorite. Astfel de vibrații pot fi cauzate de dezechilibrele părților rotative, de frecarea neuniformă sau de angrenarea dinților angrenajului. Proiectarea atentă minimizează de obicei vibrațiile nedorite.vibrații sunt supuse unor deformări repetate.
Utilizând NETZSCH DMA 503 Eplexor® , un test de încărcare a demonstrat cum Elasticitate și modul de elasticitateElasticitatea cauciucului sau elasticitatea entropică descrie rezistența oricărui sistem de cauciuc sau elastomer la o deformare sau tensiune aplicată din exterior. modulul de stocare rămâne constant în regiunea vâscoelastică liniară, apoi scade semnificativ - cu aproape două treimi - odată ce începe comportamentul neliniar. Factorul de pierdere (tan δ) a crescut inițial, a atins un nivel maxim atunci când rețelele interne de umplutură au fost cel mai deteriorate, înainte de a scădea din nou.
Atunci când tensiunea dinamică a fost redusă, materialul nu a revenit la starea sa inițială. În schimb, a prezentat histerezis: recuperare parțială, dar nu restaurare completă. Acest lucru dovedește că Efectul PayneEfectul Payne este scăderea rezistenței unui sistem de elastomeri cu umplutură și legături încrucișate odată cu creșterea amplitudinii de deformare.efectul Payne este doar parțial reversibil pe termen scurt - recuperarea completă necesită perioade de repaus mai lungi, pe măsură ce legăturile umplutură - umplutură se re-aglomerează.
Efectul MullinsEfectul Mullins descrie un fenomen tipic pentru materialele din cauciuc.Efectul Mullins - Înmuierea ireversibilă
În timp ce Efectul PayneEfectul Payne este scăderea rezistenței unui sistem de elastomeri cu umplutură și legături încrucișate odată cu creșterea amplitudinii de deformare.efectul Payne este reversibil în timp, Efectul MullinsEfectul Mullins descrie un fenomen tipic pentru materialele din cauciuc.efectul Mullins descrie înmuierea permanentă a unui elastomer umplut după încărcări și descărcări repetate în condiții cvasi-statice.
Acest efect joacă un rol esențial în aplicații precum:
- Comportamentul de rodaj al anvelopelor
- Performanța de etanșare pe termen lung a O-ring-urilor
- Modificări în performanța de amortizare a suporturilor de VibrațiiUn proces mecanic de oscilație se numește vibrație. Vibrația este un fenomen mecanic prin care au loc oscilații în jurul unui punct de echilibru. În multe cazuri, vibrația este nedorită, irosind energie și creând sunete nedorite. De exemplu, mișcările vibratorii ale motoarelor, ale motoarelor electrice sau ale oricărui dispozitiv mecanic în funcțiune sunt de obicei nedorite. Astfel de vibrații pot fi cauzate de dezechilibrele părților rotative, de frecarea neuniformă sau de angrenarea dinților angrenajului. Proiectarea atentă minimizează de obicei vibrațiile nedorite.vibrații
Testarea High-Force DMA arată că, după un ciclu inițial de încărcare, curbele de stres-deformare ulterioare urmează căi mai moi. Acest lucru indică modificări structurale ireversibile, inclusiv deteriorarea legăturilor polimer-filler și rearanjarea lanțurilor polimerice. Diferența dintre curbele inițiale și cele ulterioare de stres-deformare este cunoscută sub denumirea de deteriorare Mullins - un parametru cheie pentru modelarea predictivă și simularea materialelor.
Gânduri finale
Cauciucul este un material extrem de versatil, dar complex. Comportamentul său sub presiune implică o combinație de efecte mecanice, termice și microstructurale - toate interacționând simultan. Înțelegerea acestora necesită tehnici avansate de testare.
Sistemele High-Force DMA de la NETZSCH Analyzing & Testing permit inginerilor și cercetătorilor să simuleze condițiile reale de încărcare și să obțină date esențiale despre oboseală, acumularea de căldură, performanța de amortizare și modificările microstructurale.
După cum a spus odată celebrul designer de Formula 1 Adrian Newey:
"Aceste bucăți de cauciuc care transmit aderența pe asfalt sunt probabil cele mai puțin înțelese - și totuși sunt cele mai importante"
La NETZSCH, poate că nu avem toate răspunsurile, dar oferim instrumentele care ajută la testarea materialelor - și la înțelegerea cauciucului - cu un pas mai departe.
Sunteți interesați să aflați mai multe despre soluțiile DMA și de testare cu forță mare? Nu ezitați să ne contactați!
Contact local
Urmăriți aceste webinarii pentru a afla mai multe:
Distribuiți acest articol: