橡胶混合物疲劳度测试

2013-05-23 10:53:44来源: 21ic
本文将举例说明商业和独立实验室里采用的评估橡胶混合物的疲劳裂纹生长(简称FCG)试验。这些试验对评估开发性的替代品,例如聚合物和配方差异,以及表征工业化生产过程中制备的材料非常有用。因为可能具有很高的精度,它们也能评估特种混合物的加工变量。

讨论的试验和分析将是基于能量的疲劳裂纹生长及关联数据,这些数据由全自动的测试系统获得。

我们将用两个专利性的研究得到的数据实例来说明通过有经验的分析能够获得的数据、遇到的一些普遍问题以及与替代材料的高质量对比。但是本文不便公开混合物及其应用的细节,数据的类型以及获得数据的方法才是本文的主旨。

实验

在叙述本工作的实验细节之前,我们对数据分析所依赖的能量平衡原理作一些评论。Thomas基于他和Rivlin20世纪50年代率先提出研究弹性体的能量平衡方法描述了破裂标准。用T表示撕裂所需要的弹性能,或称“撕裂能”。对于某些样品几何结构,我们测定了T的值。疲劳研究最为常用的一种几何结构是纯剪切样品,对这类样品而言,T值直接就是纯剪切区域弹性能密度W与非应变样品的高度h0的乘积。

T=Wh0 (1)

对应力-应变曲线下方的面积积分可以直接测定W。大多数情况下我们采用卸载曲线数据,因为它们表示储存的能量,而负载曲线数据包含滞后能量。因此,在本文中由卸载应变能密度计算出的T值记做Tu。使用现代化的高速计算机获得每加载循环一次的应力应变数据,计算每个试验片段的Tu值。注意:方程(1)中没有与断裂长度相关的项。因此,T的数值与裂纹生长无关,下面我们会讨论到这一点。

这里所包含的结果来自两个不同的实验室:密歇根州安阿伯市的Axel Products和俄亥俄州阿克隆市的实验服务中心。将他们区分为实验室1和实验室2,测试按此顺序进行。

试验采用纯剪切样品模式,也称为平面拉伸模式。如上所述,这种模式的关键优点是如果最大应力水平保持不变,撕裂能T也保持不变。在进行疲劳试验时这就非常方便,因为测试能够得以继续,直到有足够清楚的数据精确描述试验条件下裂纹的生长速率(△c/△n)。在这种情况下,△c直接就是给定试验片段测量的裂纹生长数量,△n是该片段拉伸循环的次数。既然试验条件的严格性与裂纹长度无关,那我们可以按照获得一致性数据的要求连续测试许多片段。

尽管经常采用横界面为哑铃形的纯剪试件,这些研究工作中使用的试件样品都是平整并相对较薄的(<1mm)。这样做的原因在于这些研究的主要目的是评估已被制成工业部件的混合物的性能。这就要打磨部件产生适合测试的平整样品。能够测试如此薄材料的优势就是能够轻易研究一些变量,例如从很厚部件的表面到内部的固化状态的差异。

应当明白,如果我们试图获得那些与厚度无关的材料性质,并不推荐使用很薄的样品(T<1mm),因为当厚度小于1.5mm时,厚度对这些数据会有影响。然而,如果比较同一种弹性体相同厚度样品的结果时,出于研发的目的,一般可以忽略厚度的影响。

附表给出了两组实验程序中采用的测试条件。对每个测试条件下的每个测试时段而言,数据采集系统监控的变量包括:最大应力和最大应变级;最低应力和应变级;动态模量;负载,卸载和滞后损耗能;裂纹长度;每个测试时段的负载循环次数和累计循环次数。

佳工机电网

在测试进行中,通过专利的计算机程序和成像系统获取所有这些数据。这使得在相当短的时间内完成多次测试循环,而需要操作工的介入最少。

测试结束后的数据分析包括:从用数据平台拍摄的数码相片中反复检查裂纹的外观。几乎所有的裂纹都是非常笔直水平的,具有不同程度的外观粗糙度和裂纹尖端变钝;计算每一个试验片段(应变条件)重要参数的平均值,包括最大应变、模量和去载撕裂能Tu;裂纹长度对测试的循环次数作图;仔细检查,去掉那些不满足纯剪切FCG结果客观标准的数据;对每种应力情况,利用线性递归分析得出斜率dc/dn和递归系数R2;对每个样品作图,然后将混合物组成一定的所有样品组合起来。

斜率dc/dn对Tu
斜率dc/dn对最大应变
模量对最大应变

为方便起见使用线性图,dc/dn对Tu或最大应变图的递归线是二次方函数,因为已知这些数据满足这种关系。
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关键字:橡胶混合物  疲劳度测试  自动测试系统

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0523/article_7398.html
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