Sztuczne starzenie termiczne tkaniny technicznej wzmocnionej poliestrem i powlekanej polipochlorkiem winylu

Protokół ten ułatwia przeprowadzanie uproszczonych testów przyspieszonego starzenia tkanin tekstylnych oraz ocenę właściwości mechanicznych badanych materiałów. Procedura ta umożliwia określenie przyszłych właściwości materiału w stosunkowo krótkim czasie, co jest niezbędne dla projektantów konstrukcji specjalizujących się w konstrukcjach dachowych z tkanin tekstylnych. Do oceny relacji konstytutywnych lepkościoplastyki potrzebna jest maszyna wytrzymałościowa z linką programową, która wykonuje testy stałej szybkości odkształcania kontrolowane przez ekstensometr.

Przed rozpoczęciem eksperymentu należy upewnić się, że dostępna jest maszyna testująca wyposażona w ekstensometr i odpowiednie oprogramowanie oraz że dostępna jest komora termiczna. Rozwiń belę tkaniny technicznej AF9032 i narysuj na powierzchni tkaniny co najmniej 42 kształty o wymiarach 300 na 50 milimetrów równolegle do kierunku osnowy i co najmniej 42 równolegle do kierunku wypełnienia. Użyj trwałego markera, aby wskazać kierunek osnowy na każdej próbce przed wycięciem próbek.

Użyj suwmiarki, aby zmierzyć grubość próbki i policz liczbę gwintów na krótkiej krawędzi próbki. Następnie ustaw komorę termiczną na stałą temperaturę 80 stopni Celsjusza. Gdy temperatura osiągnie prawie 80 stopni Celsjusza, otwórz drzwi komory i umieść w niej co najmniej siedem zestawów próbek, zamykając drzwi tak szybko, jak to możliwe, aby uniknąć spadku temperatury.

Po godzinie należy w rękawicach termicznych usunąć referencyjny zestaw próbek, usuwając kolejne zestawy doświadczalne raz w tygodniu co dwa tygodnie przez kolejne 12 tygodni. Po wyjęciu z komory pozostaw próbki w temperaturze pokojowej na tydzień. Przed badaniem użyj markera permanentnego, aby zrobić dwie czarne kropki oddalone od siebie o 50 milimetrów w środku każdej próbki i zainstaluj dwie płaskie wkładki o długości 60 milimetrów w każdym uchwycie maszyny wytrzymałościowej.

Gdy wszystkie cztery wkładki są już na swoim miejscu, otwórz oprogramowanie w maszynie i wybierz program dedykowany do prób rozciągania. Następnie wybierz pozycję początkową z separacją uchwytów 200 milimetrów do uchwytów w oprogramowaniu i kliknij przycisk Pozycja początkowa, aby wykonać separację uchwytów 200 milimetrów. Aby ustawić ekstensometr wideo, przesuń kamerę wzdłuż pręta nośnego, aż soczewka znajdzie się w środku próbki.

Sprawdź, czy obiektyw kamery zapewni wyraźny widok markerów próbki podczas całego eksperymentu. Umieść urządzenie kalibracyjne przed aparatem i wybierz odpowiednią jasność i ostrość dla obiektywu. Zacisnąć urządzenie za pomocą uchwytów i wybrać odpowiedni rodzaj znaczników w oknie Cele w oprogramowaniu ekstensometru wideo.

Użyj opcji Skala, aby wybrać procedurę kalibracji i wybrać odległość kalibracji w oknie Skala. Następnie zmień typ znacznika na Wzór w oknie Cele, aby umożliwić ekstensometrem podążanie za znakami na próbce. Gdy wszystkie materiały i sprzęt są gotowe, ustaw parametry testowe w oprogramowaniu maszyny wytrzymałościowej i umieść próbkę w uchwytach w kierunku pionowym i poziomym wzdłuż głównej osi pionowej maszyny.

Użyj klucza tabelarycznego, aby zamknąć uchwyty i wykonuj testy z wybraną stałą szybkością odkształcania, aż do złamania każdej próbki. Następnie powtarzaj test co dwa tygodnie z każdym kolejnym zestawem próbek. Po eksperymentach w temperaturze 80 stopni Celsjusza powtarzaj procedurę co tydzień w temperaturze 90 stopni Celsjusza.

Gdy wszystkie próbki zostaną przetestowane, użyj oprogramowania do tworzenia wykresów i pola przekroju poprzecznego próbek, aby ponownie obliczyć zarejestrowane przyrosty siły i wydłużenia zgodnie z podstawowymi równaniami wytrzymałości materiałów do relacji naprężenie-odkształcenie. Następnie narysuj wykres uzyskanych danych dla próbek wypaczania i wypełniania. Aby skonfigurować odcinkowy model liniowy do nieliniowego modelowania sprężystego, dla każdej krzywej próbki znajdź zakresy odkształceń wykrywające liniową lub zbliżoną do liniowej zależność naprężenia odkształcenia.

Użyj opcji Regresja dopasowania w oprogramowaniu do tworzenia wykresów i metody najmniejszych kwadratów, aby zidentyfikować najlepszą linię dopasowania w wybranym regionie. Oznacz styczną jako wartość sztywności podłużnej, dla której indeks I odpowiada bieżącemu kierunkowi materiału, a indeks J jest kolejnym numerem zidentyfikowanej linii. Po wyznaczeniu wszystkich parametrów zidentyfikuj punkty przecięcia między liniami.

Aby przeprowadzić ekstrapolację Arrheniusa, należy przypisać temperaturę odniesienia zgodnie z wartością średnią opartą na wynikach lokalnej stacji meteorologicznej i przypisać temperaturę komory termicznej jako tę, która została użyta w teście starzenia. Następnie oblicz stałą szybkości reakcji z równania, aby ekstrapolować czas starzenia wyrażony w tygodniach do latach. Na tym obrazie pokazano krzywe naprężenia i odkształcenia dla kierunków osnowy i wypełnienia tkaniny AF9032 uzyskane w różnych czasach starzenia na poziomie temperatury 80 stopni Celsjusza dla szybkości odkształcenia 0,0011 na sekundę.

Jak zaobserwowano, różnica między referencyjnym testem jednogodzinnego okresu starzenia a pozostałymi okresami starzenia jest zazwyczaj wyraźna. Wydaje się, że czas starzenia nie wpływa znacząco na reakcję materiału w kierunku osnowy. Natomiast ostateczna wytrzymałość na rozciąganie w próbkach w kierunku wypełnienia jest znacznie niższa w próbkach poddanych sztucznemu starzeniu niż w próbkach niestarzenych.

Ponadto, dla kierunku wypełnienia, osiągnięte krzywe naprężenia i odkształcenia mają rozbieżne trajektorie, gdy odkształcenia przekraczają 0,06. Pierwsza liniowa część eksperymentalnej krzywej naprężenia i odkształcenia prostej próby rozciągania odpowiada sztywności pokrycia z tkaniny technicznej wykonanej z PVC. Wyniki uzyskane pod kątem 90 stopni można ekstrapolować na rzeczywiste lata za pomocą uproszczonej relacji Arrheniusa.

Można również obliczyć parametr utwardzania w kierunku osnowy i parametr lepkości w kierunku napełniania. Należy podkreślić, że dla relacji konstytutywnych Bodnera-Partoma wymagane są eksperymenty ze stałymi szybkościami odkształceń. Maszyna jest zobowiązana do wykonywania tego typu operacji.

Ekstensometr wideo można zastąpić ekstensometrem mechanicznym i można włączyć różne modele konstytutywne, aby odzwierciedlić wydajność tkaniny tekstylnej. Technika ta może być wykorzystana do przewidywania żywotności różnych materiałów kompozytowych. Obsługa wysokotemperaturowej komory termicznej wymaga stosowania rękawic termicznych, a złożona maszyna wytrzymałościowa powinna być zawsze obsługiwana z należytą ostrożnością.