Artículo de método

Una plataforma de pruebas de Estudios de durabilidad de Polímeros y reforzados con fibra de polímero composites bajo estímulos Concurrente Hygrothermo-mecánica

DOI:

10.3791/52464

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11 de diciembre de 2014

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1Department of Mechanical and Aerospace Engineering, University of California, Davis

En este artículo

Resumen

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La durabilidad de los polímeros y los compuestos poliméricos reforzados con fibra en servicio es un aspecto crítico para sus diseños y mantenimiento basado en la condición. Presentamos una novedosa plataforma de pruebas de laboratorio de bajo costo para la investigación de la influencia de las cargas mecánicas y ambientales concurrentes, y puede ayudar a diseñar estructuras compuestas más eficientes y seguras.

Resumen

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La durabilidad de los polímeros y compuestos de polímeros reforzados con fibra bajo condiciones de servicio es un aspecto crítico para ser abordado por sus diseños robustos y mantenimiento basado en la condición. Estos materiales se adoptan en una amplia gama de aplicaciones de ingeniería, de estructuras de aeronaves y buques, a los puentes, palas de aerogeneradores, biomateriales e implantes biomédicos. Los polímeros son materiales viscoelásticos, y su respuesta puede ser altamente no lineal y por lo tanto hacer que sea difícil de predecir y controlar su comportamiento en servicio. La plataforma de pruebas a escala de laboratorio se presenta en este documento ayuda a la investigación de la influencia de cargas mecánicas concurrentes y las condiciones ambientales sobre estos materiales. La plataforma se ha diseñado para ser de bajo costo y fácil de usar. Sus materiales resistentes a químicos hacen que la plataforma adaptable a los estudios de degradación química debido a la exposición en el servicio a los fluidos. Un ejemplo de experimento se llevó a cabo a RT en células cerradas de poliuretanomuestras de espuma cargada con un peso correspondiente a ~ 50% de su máxima carga estática y seco. Los resultados muestran que el aparato de ensayo es apropiado para estos estudios. Los resultados también ponen de relieve la mayor vulnerabilidad del polímero bajo carga concurrente, sobre la base de los desplazamientos de punto medio superior y cargas de rotura residuales inferiores. Se hacen recomendaciones para mejoras adicionales en el aparato de prueba.

Introducción

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El polímero y polímero reforzado con fibras (FRP) compuestos se han adoptado en una variedad de estructuras de ingeniería, que van desde aviones y naves espaciales, buques de guerra, infraestructuras civiles, (véase, por ejemplos los comentarios de Katnam et al. 1, 2 Hollaway, Mouritz et al . 3), coches y trenes, palas de aerogeneradores, a prótesis y biomateriales para suturas e implantes. Durabilidad Estos materiales se ve afectada por los escenarios complejos de servicios, que pueden incluir una combinación de a) termomecánica de carga, por ejemplo, ciclos hielo-deshielo en infraestructura civil, 4, perfi....

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Protocolo

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1. Colocación de las muestras

  1. Levante la tapa del depósito y el resto en los soportes laterales (Figura 4).
  2. Coloque la muestra en el perno en U, y asegúrese de que la barra transversal está haciendo contacto en el centro de la muestra.
  3. Descansar los extremos de la muestra sobre los soportes de aluminio que cuelgan de la tapa. Los extremos de las muestras deben tener 5.10 mm de voladizo.
  4. Repita los pasos 1.2 a 1.4 para todas las muestras que se probarán.
  5. Retire la tapa apoya, párpado inferior, y asegúrese de que la tapa está sentado en el borde del tanque.
  6. Aplicar la fuerza deseada mediante ....

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Resultados

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El aparato de prueba se ha celebrado con éxito probetas sumergidas en un líquido debajo de tres puntos de flexión. Con precisiones razonables, los especímenes pueden ser cargados y probados con lecturas precisas de los potenciómetros para mediados de punto de desviación cambios. El cambio en la resistencia eléctrica se puede grabar a 4 cifras significativas, lo que resulta en una resolución de desplazamiento del orden de 0,1 micras.

Pruebas Hygrothermo-mecánicos se llevaron a cabo a temperat.......

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Discusión

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A partir de los datos adquiridos, se puede observar que el escenario de prueba concurrente afectó a la durabilidad de las muestras de espuma de poliuretano de celda cerrada. Esto se puede ver comparando los desplazamientos significativamente diferentes (Figura 5) y cargas residuales al fracaso (Figura 6) de las muestras secas y húmedas. La Figura 7 muestra imágenes de los especímenes después de los ensayos de resistencia residual. También debe observarse que, mientras q.......

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Divulgaciones

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Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

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Los autores agradecen Destino García, Serena Ferraro, Erik Quiroz y Steven Kern (Composites Avanzados de Investigación, Ingeniería y Ciencia de laboratorio) por su ayuda en el diseño y fabricación de la configuración de la prueba. Shawn Malone, Michael Akahori, David Kehlet (Laboratorio de Ingeniería de Fabricación) son reconocidos por sus sugerencias y ayuda en el proceso de mecanizado. El apoyo de la Fundación Nacional de Ciencia (beca de colaboración CMMI-1265691 y su suplemento REU) y la Oficina de Investigación Naval (N00014-13-1-0604 a A. Muliana, Texas & M University (investigador principal), y V. La Saponara , dirigido por el director del programa Yapa Rajapa....

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Barras rectangulares de aluminio 6061McMaster-Carr, EE. UU. 8975K268, 1668T72, 7062T17, Parte de la plataforma de pruebas
Aluminio 6061 ángulos de 90 gradosMcMaster-Carr, EE. UU. 8982K91, 8982K14  Parte de la plataforma de pruebas
Acero inoxidable 440CMcMaster-Carr, EE. UU6253K52Parte de la plataforma de pruebas
Láminas de polietileno de alta densidadTap Plastics, EE. UU. N/A (0,236 pulgadas de grosor x 10,75 pulgadas de ancho x 16,75 pulgadas de largo)Parte de la plataforma de pruebas
Láminas de polietileno de alta densidadTap Plastics, EE. UU. N/A (0,354 pulgadas de espesor x 6 pulgadas de ancho x 10 pulgadas de largo)Parte de la plataforma de pruebas
Láminas de polietileno de alta densidadTap Plastics, USAN/A (0.354 pulgadas de grosor x 6 pulgadas de ancho x 16.75 pulgadas de largo)Parte de la plataforma de pruebas
Láminas de policarbonatoTap Plastics, USAN/A (0.375 pulgadas de grosor, 11.5 pulgadas de ancho, 17.5 pulgadas de largo)Parte de la plataforma de pruebas
Espuma de poliestireno expandidoHome DepotModelo # 310880 Internet # 202532855Parte de la plataforma de pruebas
Cable de acero galvanizadoMcMaster-Carr, EE. UU.3498T63Parte de la plataforma de prueba
Perno de ojo de aceroMcMaster-Carr, EE. UU3013T341Parte de la plataforma de prueba
Ángulo de 90 grados de acero con bajo contenido de carbonoMcMaster-Carr, EE. UU. 9017K444  Parte de la plataforma de pruebas
Varillas de acero con bajo contenido de carbonoMcMaster-Carr, EE. UU. 8920K84, 8920K75, 8920K231, 8920K135, 8920K84     Parte de la plataforma de pruebas
Tubos de acero con bajo contenido de carbonoMcMaster-Carr, EE. UU. 6527K314, 8910K394, 8910K395, 8920K94   Parte de la plataforma de pruebas
Perno en U de acero inoxidable 304McMaster-Carr, EE. UU.8896T104Parte de la plataforma de prueba
Polea de aceroMcMaster-Carr, EE. UU3099T34Parte de la plataforma de prueba
1008 láminas de acero al carbonoMcMaster-Carr, EE. UU.9302T113Parte de la plataforma de prueba
Ruedas giratorias de servicio ligeroHarbor Freight, EE. UU41519Parte de la plataforma de prueba
100- Juego de pesas de vinilo lbfOverstock.com 11767059Parte de la plataforma de pruebas Espuma de
poliuretano de celda cerradaGeneral Plastics, EE. UU.FR-3704Muestras
prueba Grifo de agua desionizada, sistema de filtrado PurLabN/AFluido acondicionador del tanque
Resorte torsionalClip de llave retráctil, Ebay, EE. UU.Lote 10Utilizado para construir potenciómetros
Hilo de KevlarCabela' sIK-321909Utilizado para construir potenciómetro de cuerda Potenciómetro
10 kOhmEbay, EE. UU.3590S-2-103LUtilizado para construir potenciómetro
de cuerda Multímetro digitalHarbor Freight, EE. UU98674Utilizado para tomar medidas de resistencia del potenciómetro de cuerda
. . . . de de cuerda de .

Referencias

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Katnam, K. B., Da Silva, L. F. M., Young, T. M. Bonded repair of composite aircraft structures: A review of scientific challenges and opportunities. Prog Aerosp Sci. 61, 26-42 (2013).
  2. Hollaway, L. C.

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