Una piattaforma di prova per una durata Studi di polimeri e fibra-Reinforced Polymer Composites sotto Stimoli Concurrent Hygrothermo-meccanico

Sommario

La durata dei polimeri e dei compositi polimerici rinforzati con fibre in servizio è un aspetto critico per la loro progettazione e la manutenzione basata sulle condizioni. Presentiamo una nuova piattaforma di test di laboratorio a basso costo per lo studio dell'influenza dei carichi meccanici e ambientali concomitanti e possiamo aiutare a progettare strutture composite più efficienti ma più sicure.

Abstract

La durata dei polimeri e compositi polimerici rinforzati con fibre sotto condizione di servizio è un aspetto critico da affrontare per il loro design robusto e basata sulle condizioni di manutenzione. Questi materiali sono adottati in una vasta gamma di applicazioni di ingegneria, di strutture di aeromobili e navi, ai ponti, pale eoliche, biomateriali e impianti biomedici. I polimeri sono materiali viscoelastici, e la loro risposta possono essere altamente non lineare e rendere difficile da prevedere e monitorare le loro prestazioni in servizio così. La piattaforma di test di laboratorio su scala presentato qui assiste l'indagine della influenza di carichi meccanici concorrenti e delle condizioni ambientali su tali materiali. La piattaforma è stata progettata per essere a basso costo e di facile utilizzo. I materiali resistenti agli agenti chimici rendono la piattaforma adattabile a studi di degradazione chimica a causa dell'esposizione in servizio ai fluidi. Un esempio di esperimento è stato condotto a temperatura ambiente su cellule chiuse poliuretanocampioni schiuma caricati con un peso corrispondente a ~ 50% del loro carico statico e secco finale. I risultati mostrano che l'apparecchiatura di prova è appropriato per questi studi. I risultati evidenziano anche maggiore vulnerabilità del polimero sotto carico concomitante, in base ai più elevati spostamenti mid-point e bassi carichi di rottura residue. Raccomandazioni sono fatti per ulteriori miglioramenti alla apparecchiatura di prova.

Introduzione

Polymer e polimero rinforzato con fibre (FRP) compositi sono stati adottati in una serie di strutture di ingegneria, che vanno da aeromobili e veicoli spaziali, navi da guerra, le infrastrutture civili, (vedi ad esempi recensioni di Katnam et al. ^1, Hollaway ^2, Mouritz et al . ^3), automobili e treni, pale eoliche, alle protesi e biomateriali per suture e impianti. Durata Questi materiali "è affetto da scenari complessi di servizi, che possono includere una combinazione di una) termomeccanico carico, ad esempio, i cicli di gelo e disgelo in infrastrutture civili ^4, profili subsonico volo / superson....

Protocollo

1. Caricare i campioni

1. Sollevare il coperchio del serbatoio e appoggiarlo sui supporti laterali (Figura 4).
2. Posizionare il campione nel cavallotto, e garantire che la barra trasversale è in contatto al centro del campione.
3. Appoggiare le estremità del provino sui supporti di alluminio pendono dal coperchio. Le estremità dei campioni dovrebbero avere 5-10 mm di sporgenza.
4. Ripetere i passaggi 1,2-1,4 per tutti i campioni che saranno testati.
5. Rimuovere il coperchio supporta, palpebra inferiore, e assicurarsi che il coperchio sia posizionato sul bordo della vasca.
6. Applicare la forza desiderata a....

Risultati

L'apparecchiatura di prova è svolta con successo campioni immersi in un fluido in tre punti piegatura. Con precisioni ragionevoli, i campioni possono essere caricati e testati con letture accurate dei potenziometri per mid-point deflessione modifiche. La variazione di resistenza elettrica può essere registrato 4 cifre significative, con conseguente spostamento risoluzione dell'ordine di 0,1 micron.

Test Hygrothermo-meccaniche sono state condotte a temperatura ambiente su due gruppi di quattr.......

Discussione

Dai dati acquisiti, si può vedere che lo scenario test simultaneo ha influenzato la durabilità dei campioni schiuma di poliuretano a celle chiuse. Questo può essere visto confrontando notevolmente differenti spostamenti (Figura 5) e carichi residui al fallimento (Figura 6) di campioni asciutto e bagnato. Figura 7 mostra le immagini dei campioni dopo le prove di resistenza residua. Va inoltre osservato che, mentre lo spostamento dei campioni secco fino a stabilizzarsi en.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Barre rettangolari in alluminio 6061	McMaster-Carr, USA	8975K268, 1668T72, 7062T17,	Parte della piattaforma di test
Alluminio 6061 90 gradi angoli	McMaster-Carr, USA	8982K91, 8982K14	Parte della piattaforma di test
Acciaio inossidabile 440C	McMaster-Carr, USA	6253K52	Parte della piattaforma di prova
Fogli di polietilene ad alta densità	Tap Plastics, USA	N/A (0,236 pollici di spessore x 10,75 pollici di larghezza x 16,75 pollici di lunghezza)	Parte della piattaforma di prova Fogli di
polietilene ad alta densità	Tap Plastics, USA	N/A (0,354 pollici di spessore x 6 pollici di larghezza x 10 pollici di lunghezza)	Parte della piattaforma di prova
Fogli di polietilene ad alta densità	Tap Plastics, USA	N/A (0,354 pollici di spessore x 6 pollici di larghezza x 16,75 pollici di lunghezza)	Parte della piattaforma di prova
Lastre in policarbonato	Tap Plastics, USA	N/A (0,375 pollici di spessore, 11,5 pollici di larghezza, 17,5 pollici di lunghezza)	Parte della piattaforma di prova
Polistirene espanso	Home Depot	Modello # 310880 Internet # 202532855	Parte della piattaforma di prova
Fune d'acciaio zincato	McMaster-Carr, USA	3498T63	Parte della piattaforma di prova
Bullone a occhiello in acciaio	McMaster-Carr, USA	3013T341	Parte della piattaforma di prova
Acciaio a basso tenore di carbonio 90° angolo	McMaster-Carr, USA	9017K444	Parte della piattaforma di test
Barre in acciaio a basso tenore di carbonio	McMaster-Carr, USA	8920K84, 8920K75, 8920K231, 8920K135, 8920K84	Parte della piattaforma di test
Tubi in acciaio a basso tenore di carbonio	McMaster-Carr, USA	6527K314, 8910K394, 8910K395, 8920K94	Parte della piattaforma di test
Bullone a U in acciaio inossidabile 304	McMaster-Carr, USA	8896T104	Parte della piattaforma di prova
Puleggia in acciaio	McMaster-Carr, USA	3099T34	Parte della piattaforma di prova
1008 lamiere di acciaio al carbonio	McMaster-Carr, USA	9302T113	Parte della piattaforma di prova
Ruote girevoli per impieghi leggeri	Harbor Freight, USA	41519	Parte della piattaforma di prova
100- Set di pesi in vinile lbf		Overstock.com 11767059	Parte della piattaforma di prova
Schiuma poliuretanica a cellule chiuse	General Plastics, USA	FR-3704	Campioni di test
dell'acqua deionizzata	, sistema di filtraggio PurLab	N/A	Fluido condizionante del serbatoio
Molla torsionale	Clip per chiave retrattile, Ebay, USA	Lotto 10	Utilizzato per costruire il potenziometro
Filo in kevlar	Cabela' s	IK-321909	Utilizzato per costruire il potenziometro di stringa Potenziometro
da 10 kOhm	Ebay, USA	3590S-2-103L	Utilizzato per costruire il potenziometro di stringa
Multimetro digitale	Harbor Freight, USA	98674	Utilizzato per misurare la resistenza del potenziometro di stringa