Próba rozciągania tworzyw sztucznych przy niskich, zwiększonych i wysokich prędkościach wydłużenia
Pomiar krzywych naprężenie-wydłużenie w próbach rozciągania tworzywa sztucznego przy dużych prędkościach wydłużenia dostarcza danych do symulacji zderzeń, na przykład w konstrukcji pojazdów.
Cel & Normy Wymagania, dotyczące badania / sprzętu badawczego Systemy badawcze Broszura informacyjna Tworzywa sztuczne
Normy i cele prób rozciągania z dużą prędkością SAE J2749, ISO 18989, ISO 18872, zalecenie VDA 287
Pomiar krzywych naprężenie-wydłużenie przy dużych prędkościach wydłużenia dostarcza danych do symulacji zderzeń, na przykład w konstrukcji pojazdów. Obecnie opracowywana jest międzynarodowa norma, dotycząca zmiennych szybkości wydłużenia, obejmująca statyczne i szybkie próby rozciągania.
- SAE J 2749 określa w ogólnej formie badanie i wymagania, dotyczące sprzętu badawczego
- ISO 18989 to projekt normy badawczej do określania metody dla badania na rozciąganie przy zmiennych szybkościach wydłużenia w zakresie od statycznego do ponad 150 s-1. Projekt ten opiera się na:
- VDA 287, rekomendacja Związku Przemysłu Motoryzacyjnego (VDA).
- ISO 22183 określa kryteria jakościowe dynamicznego zachowania się pomiaru siły i tym samym umożliwia jednolitą ocenę krzywych pomiarowych pod kątem ich jakości
- ISO 18872 o bardziej teoretyczne podejście z ogólnymi definicjami i procedurą ekstrapolacji wyników na wyższe prędkości wydłużenia. Norma jest rzadko stosowana.
Zachowanie przy rozciąganiu mierzy się przy wysokich prędkościach wydłużenia określonych próbek do badań i w znanych warunkach kondycjonowania przy prędkościach odrywania w zakresie od próby statycznej do około 5 m/s. Szybkości wydłużenia do 200 1/s osiąga się na próbce typu 3 zgodnie z ISO 8256 .
Wymagania, dotyczące badania
Do badania tych zwykle wykorzystuje się hydrauliczne maszyny rozdzierające o dużej prędkości, zwane także maszynami wytrzymałościowymi dużych prędkości , podczas których tłok testowy jest na krótko przyspieszany do wymaganej prędkości badawczej przy użyciu energii hydraulicznej zmagazynowanej w akumulatorach. Maszyna tego typu umożliwia pomiary zarówno przy małych, jak i dużych prędkościach.
Badania w zakresie prędkości powyżej ok. 1,5 m/s można wykonywać również na młotach opadowych do badania tworzyw sztucznych . Tutaj konfiguracja badania jest podobna do próby rozciągania udarowego, w której próbka jest mocno zaciśnięta z jednej strony, a po przeciwnej stronie przymocowane jest jarzmo poprzeczne, które przenosi ruch spadającego bijaka na próbkę. Badania przy niższych prędkościach nie można przeprowadzić rozsądnie przy użyciu mechanizmu upadku ze względu na małą wysokość opadania i wymaganej bardzo dużej masy opadającej.
Dla ważności badania istotne jest zastosowanie odpowiedniego ekstensometru ewent. systemu pomiaru drogi, który może określić zarówno prędkość zacisku ciągnącego lub jarzma poprzecznego, jak i odkształcenie badanej próbki z dużą rozdzielczością i wystarczającą prędkością. W tym celu zwykle wykorzystuje się szybkie systemy kamer z oceną 2D DIC .
Pomiar siły odbywa się za pomocą sztywnego i lekkiego systemu pomiarowego, który poza dobrą dokładnością pomiaru i szybką akwizycją pomiaru powyżej 200 kHz musi charakteryzować się najwyższą możliwą mechaniczną częstotliwością własną. Okres tych naturalnych oscylacji musi być co najmniej 8–10 razy krótszy niż okres pomiaru do momentu wystąpienia odpowiedniego zdarzenia badawczego, które ma zostać zmierzone.
Teoretycznie ruch zacisku powinien zostać przyspieszony od zera do żądanej prędkości wyciągania bez opóźnienia czasowego i następnie pozostać stały. Aby jak najbardziej zbliżyć się do ideału, pomiędzy tłokiem badawczym a uchwytem mocującym zastosowano dodatkowy element o niskiej masie, zwany mechanizmem straconego ruchu (lost motion bar). Element ten wraz z podłączonym uchwytem mocującym określa dynamiczny przebieg procesu odkształcania i dlatego ma ogromne znaczenie dla przypisania wykresu naprężenie-wydłużenie do wymaganej trzeciej osi, prędkości wydłużenia (strain rate).
Badania są zwykle przeprowadzane w normalnym klimacie zgodnie z normą ISO 291. Jeżeli badane jest zachowanie szybkiego rozciągania tworzyw sztucznych w szerokim zakresie temperatur, dostępne są komory temperaturowe , które instaluje się w przestrzeni badawczej maszyny wytrzymałościowej dużych prędkości .
