December 11th, 2014
聚合物和纤维增强聚合物复合材料在役中的耐用性是其设计和基于状态的维护的关键方面。我们提出了一种新颖的低成本实验室测试平台,用于研究并发机械和环境载荷的影响,并可能有助于设计更高效、更安全的复合材料结构。
该程序的总体目标是改进聚合物和聚合物复合材料在复杂载荷条件下的设计和安全性。通过研究它们在同时水热和机械负载下的耐久性,使用低成本、灵活、用户友好的测试平台。首先,将聚合物复合材料试样放入测试槽中。
接下来,施加恒定的三点弯曲载荷,同时将试样浸入具有蠕变载荷的流体中。测得的电阻读数将转换为位移变化。为了进行分析,在同时测试后测量试样的重量。
最后,测试试样的残余强度。因此,根据材料对并发载荷的响应,可以更好地理解材料的机械和设计目的。与现有方法相比,该平台的主要优点是成本低、用户友好、便携且易于适应其他测试需求。
这项工作的应用是更安全的由聚合物和聚合物复合材料制成的工程结构,例如飞机、轮船、桥梁和风力涡轮机。我们将更好地理解,从而更好地理解复杂使用条件下这些结构的数值模型和设计。我们目前正在使用这种方法,以便深入了解聚合物和聚合物复合材料在浸入水中和承受机械负载时的耐久性。
但是,它也可以应用于其他情况,例如在使用过程中经常受到刺激性化学品影响的其他材料的耐用性。一般来说,刚接触该平台的人应该注意仔细定位和加载样本。测试设备的腔室由高密度聚乙烯制成,可承受各种温度和液体。
测试罐周围的聚苯乙烯泡沫可防止与环境进行热交换。腔室的盖子是 9.5 毫米厚的聚碳酸酯,便于观察加载的试样。它由铝制 T 型杆固定,而铝制 T 型杆又固定在水箱上以承受重负载。
在盖子上应用了加固钢框架和额外的挂钩。较重的砝码最常用于残余强度测试。该腔室可以向每个试样施加多达 50 公斤的重量,以确保找到故障点。
盖子上垂下是三个按照 A STM 标准设计的铝块。这些模块允许同时测试多达四个试样,并且可以通过腔室盖上的槽进行调节。试样位于两个块的下方,块中心的向上力会在试样上产生弯曲力。
该设备的底座有移动脚轮,由钢架牢固地固定在一起,钢架上有横梁和啮合作为支撑。倾斜的垫片可防止绝缘材料被车架滑轮上的架空重量和位移计压碎,串电位计系统测量跨中挠度。这些电位计由扭力弹簧构成。
滑轮将钢缆从试样的连接处连接到吊杆,以实现可调节的重量应用。施加在试样上的总载荷来自这一系列的电缆、滑轮连杆和螺栓。这些将在以下各节中解释,包括使用设备将试样加载到测试设备中。
首先,打开水箱的盖子,将盖子放在侧面支架上。然后将试样装入 U 型螺栓中。横杆必须位于试样的中心。
现在将试样的末端放在铝制支架上。应该有大约 5 到 10 毫米的悬垂。继续以相同的方式加载最多四个试样。
然后取下盖子支撑并放下盖子。确保盖子正确安装在水箱上。现在,通过在悬挂在外滑轮上的钢棒上增加重量,对试样施加所需的力。
首先,确保电位计线拧紧。然后测量电位计外引脚上的电阻。黑色引线连接到引脚 1,红色引线连接到引脚 3。
现在,通过计算校准因子将电阻读数转换为位移。在这种情况下,1 千克欧姆对应于 64.895 毫米的位移。对于连续数据采集,可以将拉串电位计连接到数字万用表。
计算位移后,准备称量试样,取下砝码和罐盖。然后可以将试样转移到保温室。首先,为所有试样准备一个室温的临时保温室,测试适当测试标准的测试液。
现在要先称量样品,用超细纤维布将其擦干。然后将其放在高精度秤上并记录数据读数。如果需要测试试样的残余强度,请继续进行这些测试。
在室温下对两组四个闭孔聚氨酯泡沫样品进行高生长热力学测试。一组在 50% 相对湿度下进行干燥测试。第二组在去离子水中湿法测试。
在前 6 小时内和第二天晚些时候跟踪了跨中偏转。湿试样的位移明显大于干试样。通过加载测试试样的残余强度直至失效。
湿试样在大约 3 公斤时失效,干试样在大约 3.6 公斤时失效。如果设置正确,可以在 15 分钟内将试样定位并加载到该平台上。在遵循此程序时,重要的是要记住正确定位和加载样品,特别是如果它们需要很大的重量来进行耐久性研究。遵循此程序。
可以进行其他研究,例如复合材料的耐久性和刺激性化学品,以回答有关这些材料耐久性的其他问题。观看此视频后,您应该对如何使用这些低成本、用户友好的测试装置测试聚合物和聚合物复合材料有很好的了解。如果接触刺激性化学品,请记住遵守材料安全表和环境健康与安全中指示的预防措施。
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本研究提出了一个低成本的实验室测试平台,旨在研究聚合物和纤维增强聚合物复合材料在同时机械和环境负载下的耐久性。目标是在复杂的负载条件下提高这些材料的设计和安全性。