Abstract
متانة البوليمرات والمواد المركبة البوليمر المقوى بالألياف تحت شرط الخدمة هي جانب أساسي إلى معالجة لتصاميمهم قوية وصيانة القائم على الشرط. وتعتمد هذه المواد في مجموعة واسعة من التطبيقات الهندسية، من هياكل الطائرات والسفن والجسور، شفرات توربينات الرياح، المواد الحيوية ويزرع الطبية الحيوية. البوليمرات هي المواد اللزجة، وربما تكون استجابتها غير الخطية للغاية، وبالتالي تجعل من صعوبة التنبؤ ورصد الأداء في خدمتهم. منصة اختبار على نطاق المختبر المقدمة في هذه الوثيقة تساعد التحقيق في تأثير أحمال الميكانيكية المتزامنة والظروف البيئية على هذه المواد. وقد تم تصميم منصة لتكون منخفضة التكلفة وسهلة الاستخدام. من مواد مقاومة كيميائيا جعل منصة قابلة للتكيف مع دراسات التدهور الكيميائي بسبب التعرض أثناء الخدمة إلى سوائل. وقد أجريت مثال التجربة في RT على مغلقة خلية من مادة البولي يوريثينعينات رغوة محملة بوزن الموافق ~ 50٪ من النهائي حمولتها الساكنة وجاف. وتشير النتائج إلى أن جهاز الفحص هو المناسب لهذه الدراسات. النتائج أيضا تسليط الضوء على الضعف الأكبر من البوليمر تحت تحميل المتزامنة، استنادا إلى أعلى نزوح منتصف نقطة وانخفاض الأحمال فشل المتبقية. وقدمت توصيات لإدخال تحسينات إضافية إلى جهاز الفحص.
Introduction
البوليمر واعتمدت المقوى بالألياف البوليمر (FRP) المركبة في مجموعة متنوعة من الهياكل الهندسية، بدءا من الطائرات والمركبات الفضائية والسفن البحرية والبنية التحتية المدنية، (انظر على سبيل استعراض أمثلة Katnam وآخرون. 1، 2 Hollaway، Mouritz وآخرون 3) والسيارات والقطارات والرياح ريش التوربينات، والأطراف الاصطناعية والمواد الحيوية لخياطة الجروح وزرع. يتأثر متانة هذه المواد من خلال سيناريوهات معقدة الخدمة، والتي قد تشمل مجموعة من أ) الحرارية الميكانيكية تحميل، على سبيل المثال، ودورات ذوبان الجليد تجميد في البنية التحتية المدنية 4، لمحات دون سرعة الصوت / رحلة الأسرع من الصوت 5، وارتداء في البولي اثيلين المدعومة من المعدن 6) . ب) تدهور بسبب العوامل البيئية والكيميائية، على سبيل المثال، مياه البحر، إزالة الجليد، السوائل الهيدروليكية لصناعات الطيران والبحرية الهياكل 7-10، وتدهور المركبة polymethylmethacrylate الأسنان بسبب اللعاب 11؛ ج) الأسواق العالمية ضغطها معقدةractions من المواد في المفاصل تثبيتها أو المستعبدين، على سبيل المثال، كلفاني التآكل وdebonding بين المواد المختلفة، سواء في إصلاح التصحيح الكربون / الألياف على الجلد الألومنيوم الطائرات، أو / نظرة خاطفة لوحة العظام الكربون تثبيتها بواسطة الفولاذ المقاوم للصدأ (12).
هناك للأسف معرفة تأثير المتزامنة المنبهات أثناء الخدمة على متانة على المدى الطويل من هذه المواد محدودة. ويمكن تصنيف معظم البوليمرات والمواد اللزجة. أحمال الميكانيكية والظروف البيئية تؤثر بشكل كبير من استجابة اللزجة من البوليمرات. وبالتالي، يجب نماذج يمكن الاعتماد عليها لسلوك هذه المواد "على المدى الطويل تكون قادرة على دمج الاستجابات التي تعتمد على الوقت لالرطوبة الحرارية إلى جانب والميكانيكية والمحفزات الكيميائية. وهذا بدوره تحسين التنبؤات التصميم والسلامة وبروتوكولات صيانة / استبدال القائم على الشرط.
وهناك مجموعة الأدب كبير على الاختبار التجريبي على آثار الرطوبة الحراريةعلى سبيل المثال الرطوبة الحرارية الاختبارات نشر: إذا كان حجم العينات يسمح بذلك، قد يكون وضع العينات المادية في غرفة في الرطوبة ودرجة الحرارة المستوى المطلوب. تتم إزالة عينات بصفة دورية لقياس كتلة و / أو حجم التغييرات الخاصة بهم لفترة معينة من الزمن، من أسابيع إلى سنة 10،13-17. يمكن اتباعها اختبار الرطوبة الحرارية عن طريق الاختبار الميكانيكي، أي المتبقية قوة ثابت / التعب / كسر ميكانيكا اختبار 17-19، والذي يعطي معلومات عن تأثير الرطوبة الحرارية التحفيز على الاستجابة الميكانيكية للمواد فقط. يمكن تركيبها بيانات الاختبار لنماذج الانتشار مختلفة من التعقيد، من نشر Fickian بسيط لنماذج تشمل الاعتماد على التركيز، والإجهاد، ودرجة الحرارة، وعكسها البدني الشيخوخة / تلوين والتفاعلات الكيميائية لا رجعة فيها. قد يزيد ستدرج هذا الإخراج التجريبي في التحليلات الهيكلية.
ويتناول عدد قليل من الكتاب تأثير HY في وقت واحدgrothermal والمحفزات الميكانيكية. ومن بين تلك الأبحاث المركبة FRP، نيومان وGarom 20 مغمورة أكد والعينات بهيج في الماء المقطر. تم تطبيق الإجهاد عن طريق وضع العينات داخل الينابيع الفولاذ المقاوم للصدأ المضغوط، وضبط حمولة باستخدام التصلب ربيع المختلفة والأحمال الضغط. وتفيد التقارير إجراء مماثل من قبل وان وآخرون. 21. هلبلينغ وKarbhari 22 يعملون لاعبا اساسيا الانحناء داخل غرفة البيئية لمختلف نسب الرطوبة النسبية (RH٪) ومستويات درجة الحرارة. وتعرض العينات مكيفة مسبقا لمعين الانحناء مستوى سلالة الموافق مئوية من ثابت سلالة الشد النهائي لهذا المركب. Kasturiarachchi وبريتشارد 23 أعدت الفولاذ المقاوم للصدأ 4 نقطة الانحناء رقصة (واحد لكل عينة) الذي تم وضعه على الرف في مجفف زجاجي كبير. وقد شغل المجفف جزئيا مع الماء المقطر، وكان تسرب صغيرة لمنع بووضعت ildup من الضغط، وغرفة الرطوبة في 95٪ RH. غيليرت وتورلي 7 التحقيق الصف البحرية العينات FRP مركب لقوة التحمل في ظل مجتمعة تحميل زحف و 100٪ RH. تم تحميل العينات في 4 نقطة الانحناء على وزن ثابت يساوي 20٪ من الفشل ثابت تحميل الثنية، في حين مغمورة تماما في مياه البحر. وقد حصلت على انحراف زحف دوريا باستخدام مقياس سمك بين السطح الخارجي للشعاع في وسط المقطع العرضي، وطبق من زجاج (ويستدل على ذلك تم إجراء مثل هذا القياس خارج الغرفة). عبد المجيد وآخرون. 24 وضعت عينات من الزجاج / الايبوكسي في المباراة البيئي INVAR التي تم توفيرها من قبل وكالة ناسا لانغلي، حيث تم تحميل العينات في التوتر على طول اتجاه الألياف، في 20٪ من حمولة محورية في نهاية المطاف. Ellyin وRohrbarcher 25 ركض اختبارات الرطوبة الحرارية لمدة تصل إلى 140 يوما، ومن ثم اختبار العينات في التعب على آلة الاختبار الهيدروليكي. العينةكانت ملفوفة في قطعة قماش الصورة الجبن الرطب متصلة أنبوب وإمدادات المياه. إيرل وآخرون. 26 وضعه على اعبا اساسيا التحميل والعينات في غرفة البيئية الكبيرة (5.5 م 3).
كما نوقش في العديد من الدراسات التجريبية، والظروف البيئية تؤثر على خصائص وردود الميكانيكية البوليمرات. تظهر بعض التجارب محدودة أيضا أن وجود الميكانيكية الإجهاد / سلالة يؤثر على عملية نشر في البوليمرات. وبالتالي، من أجل تعزيز التفاهم على الأداء الكلي للمواد البوليمر المستندة تحت تأثير كلا الميكانيكية وغير الميكانيكية، وهناك حاجة لاختبار المتزامنة.
وكانت هناك عدة أهداف وراء تصميم منصة الاختبار التي تمت مناقشتها في هذه الورقة. أولا، ومنصة هي جزء من الإعداد التجريبية في التحقيق لعدة سنوات على سلوك hygrothermo الميكانيكية من أنواع مختلفة من المواد المركبة FRP ساندويتش لتوربينات الرياح لتطبيقات الهندسة البحرية الثانية. وتستخدم بيانات الاختبار لمعايرة المعلمات في المعادلات التأسيسية اللزجة لالمركبة البوليمرية. وتستند النماذج التأسيسية على العمل تطورت على مر السنين من قبل Muliana والمتعاونين 27-30. وكان الهدف الثاني لديك منخفضة التكلفة ومنصة اختبار سهل الاستعمال، على سبيل المثال واحد التي يمكن نقلها بسهولة في مختبر (على سبيل المثال، إلى نطاق لقياس الكتلة، أو إلى مصدر السائل، على سبيل المثال، واحدة القادمة من الصنبور، وfumehood أو خزانة قابلة للاشتعال). وكان الهدف الثالث لخلق منصة الاختبار التي هي مقاومة لعدد من المواد الكيميائية التي يشيع استخدامها في خدمة (وخاصة السوائل الهيدروليكية، إزالة الجليد، محاليل التنظيف لاستخدامات الفضاء الجوي 8-10)، وبالتالي يمكن أن تكون مغمورة العينات في هذه المواد الكيميائية، و يمكن تقييم المتانة.
تم بناء غرفة (الشكل 1) مع ارتفاع الكثافة polyethyleشمال شرق، والتي لديها مقاومة كيميائية عالية. كما ذكر أعلاه، فإنه من المتوقع أن العمل في المستقبل سوف تشمل التحقيق hygrothermo الميكانيكية من المواد المركبة مغمورة في السوائل الهيدروليكية، إزالة الجليد، محاليل التنظيف. منذ التنظيم الحراري هو جزء لا يتجزأ من الاختبار، تم احتواء رغوة البوليسترين الموسع حول جوانب الخزان وتأمينها في مكان من الشريط وإطار من الصلب نفسه، لمنع تبادل الحرارة مع البيئة.
تم تصنيع غطاء غرفة (الشكل 2) من الشفافية، والبولي 9.525 مم سميكة، مما يتيح للمستخدمين لمراقبة العينات خلال الاختبار من دون إزعاج الاختبار. يتم تأمين الغطاء في مكان من الألومنيوم T-الحانات، التي كانت تشكيله لتنزلق تحت يخيم بين قوسين على جوانب الخزان.
الانحناء في العينات والتي سنها ثلاث كتل الألومنيوم، والتي يتعطل باستمرار من الغطاء، ويتم تثبيتها من خلال فتحات في الغطاء. الكتل الثلاث تسمح يصل إلى أربعة الصورةpecimens لفحصها في وقت واحد، في حين تسمح فتحات غطاء التباعد كتلة لتعديلها تبعا لطول العينات. يتم تقريب كل كتلة على حافة الاتصال إلى 12.7 مم، في التمسك ASTM D790-10 المعيار. يتم وضع العينات تحت اثنين من الكتل الثلاث، مع قوة صاعدة تطبيقها في وسطها للحث على الانحناء (أرقام 1-2).
وقد تم تصميم الجهاز مع أقصى قدر من التنوع وسهولة الاستخدام في الاعتبار. يتم تثبيتها مع عجلات 41.275 مم تحت الغرفة لأغراض التنقل. فوقهم، ويدعم الدبابة التي كتبها إطار من الصلب الملحومة مع قاع شبكة سلكية والحزم عبر حصول على الدعم. تم تصنيعها زاوية الفواصل الأوراق المالية للخارج زوايا خزان للحفاظ على العزل من سحقهم من قبل الوزن والتشريد أجهزة القياس العلوية (جهاز عاء سلسلة، مناقشته لاحقا). حول الجزء العلوي، واستخدم الأسهم زاوية ثانية للتأطير. أنظمة بكرة وسلسلة الجهد لmeasuإعادة منتصف العمر-انحراف هي التي شنت على أربعة الصلب، والأقواس مربع أنابيب (الشكل 3). مركز اثنين من الأقواس من هذه الأربعة تحمل الجهد سلسلة وقابلة للتعديل لحساب عينة براعة. وشيدت على الجهد سلسلة باستخدام الربيع التوائية (كما يمكن العثور عليها في اسهم رئيسية قابل للسحب) والجهد مع مخرجات الإلكترونية ذات ثلاث شعب. يتم محاذاة البكرات والتي شنت للاستخدام مع كابل من الصلب يمتد من اتصال جامدة من العينة إلى قضيب تخيم على جانب من الغرفة لتطبيق الوزن قابل للتعديل.
يتم تطبيق الحمل إلى العينة باستخدام سلسلة من الكابلات، والبكرات، والروابط والمسامير. أولا، يتم وضع العينة في U-الترباس بحيث عبر شريط 10 ملم واتصالات مع منتصف العمر. ثم تم توصيل 9.525 مم قضيب من الصلب قطرها مع مسامير العين في نهاية كل لU-الترباس. يمر هذا الصدد الصلب من خلال غطاء من الغرفة. كبل الصلب وكيفلر روترد hread إلى ييبولت مقابل U-الترباس. وهذا يسمح للموضوع كيفلر من الجهد سلسلة لقراءة البيانات من نقطة جامدة. استمر كابل من الصلب صعودا ويمر فوق اثنين من البكرات التي تسمح للتحميل ليتم تطبيقها في محيط الخزان. ثم يتم توصيل كابل إلى 9.525 مم قضبان الصلب التي هي بمثابة شماعات الوزن فترة زمنية محددة. توفر هذه شماعات مكان الأوزان فترة زمنية محددة يمكن تعيين من أجل تطبيق التحميل المطلوب.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. تحميل العينات
- رفع غطاء الخزان والراحة أنه على دعامات جانبية (الشكل 4).
- وضع العينة في U-الترباس، والتأكد من أن شريط عبر تبذل الاتصال على مركز للعينة.
- ضع طرفي العينة على الدعم الألومنيوم تتدلى من الغطاء. يجب أن ينتهي من العينات يكون 5-10 ملم المتراكمة.
- كرر الخطوات من 1،2-1،4 لجميع العينات التي سيتم اختبارها.
- إزالة يدعم الغطاء، والجفن السفلي، وتأكد من أن غطاء يجلس على الشفة للدبابات.
- تطبيق القوة المطلوبة عن طريق إضافة الأوزان إلى قضيب من الصلب بجوار بكرة الخارجي.
2. قياس المهجرين
- ضمان أن يتم سحبها خط سلسلة الجهد مشدود.
- باستخدام الرقمي المتعدد، وقياس المقاومة عبر دبابيس الخارجية للالجهد (الشكل 3)، مع الأسود إلى دبوس 1 و الأحمر إلى دبوس 3،وسجل القراءة.
- تحويل المقاومة القراءة إلى النزوح القراءة من خلال حساب عامل المعايرة (في هذه الحالة، 1 أوم يتوافق مع 64.895 مم النزوح).
- كرر الخطوات من 2،1-2،3 لكل عينة.
3. وزن العينات
- قبل البدء في إجراء وزنها، وتسجيل البيانات التشريد وإعداد غرفة عقد المؤقتة مليئة السائل اختبار في RT، حسب ASTM D5229 31، أو معيار الاختبار المناسب.
- إزالة الأوزان فترة زمنية محددة من نهايات الكابلات الصلب.
- رفع غطاء الخزان والراحة أنه على دعامات جانبية.
- إزالة عينة ووضعه في غرفة عقد المؤقتة مستعدة. كرر هذه الخطوة لجميع العينات.
- إزالة العينات وتجفيفها بشكل فردي باستخدام قطعة قماش ستوكات من أجل إزالة السوائل الزائدة.
- ضع العينة على نطاق وعالية الدقة وتسجيل البيانات صeading.
- كرر الخطوات من 3،5-3،6 لجميع العينات ومن ثم متابعة بروتوكول الخطوة 1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
عقدت جهاز الفحص بنجاح عينات مغمورة في السائل تحت ثلاث نقاط الانحناء. مع توضيحات معقولة، والعينات يمكن تحميل واختبارها مع قراءات دقيقة من الجهد لإجراء تغييرات انحراف منتصف نقطة. التغير في المقاومة الكهربائية يمكن تسجيلها إلى 4 ارقام كبيرة، مما أدى إلى قرار التهجير من أجل من 0.1 ميكرون.
وأجريت الاختبارات Hygrothermo الميكانيكية في RT على مجموعتين من أربع عينات من رغوة البولي يوريثان خلية مغلقة، مع أبعاد الاسمية 215 مم طول × 24 مم عرض × 18 مم. تم اختبار مجموعة واحدة في غرفة تحت الظروف الجافة، يقصد به أن يكون) في الهواء، داخل الخزان، وب) في الرطوبة النسبية المحيطة ~ استغرق 50٪ RH (اختبار في نهاية يونيو في مختبر يقع في الحارة والجافة شمال كاليفورنيا وادي الوسطى، في الولايات المتحدة الأمريكية). يشار إلى هذه المجموعة الأولى من العينات في هذه الوثيقة على أنها "العينات الجافة. المجموعة الثانية منتم اختبار عينات في الخزان بينما مغمورة تماما في الماء منزوع الأيونات (100٪ RH، أشارت هذه الوثيقة باسم 'عينات الرطب'). تم تحميلها العينات مع شنقا الأوزان متساوية تقريبا إلى 50٪ من حمولتها في نهاية المطاف تحت الظروف الجافة ثابتة، مما أدى إلى (1.780 ± 0.116) كجم. تطبيق كل الوزن شنقا استغرق بضع ثوان، لتحقيق شبه ثابت ظروف التحميل. وكان من المتوقع أن رغوة سيكون له السلوك اللزجة غير الخطية، ولكن لم يعرف مسبقا كيف أن المحفزات المتزامنة من شأنه أن يقلل المتانة رغوة فيما يتعلق العينات الجافة.
وقد أخذت مقاييس المقاومة على رقمي متعدد لكل عينة، في حوالي 15 دقيقة لفترات ساعة 6 الأولى من الاختبار. وقد أخذت مقاييس مرة أخرى بعد 18 ساعة إضافية. من هذا، تم تعقب التغيير في منتصف فترة انحراف. واستنادا إلى البيانات التي تم جمعها، وكان النزوح بعد 24 ساعة لالعينات الجافة (2.141 ± 0.371) ملم،بينما كان النزوح لعينات الرطب أعلى بكثير، وعلى قدم المساواة إلى (14.41 ± 3.62) ملم (الشكل 5، الجدول 1).
بعد كل التشغيل التجريبي، ثم تم اختبار العينات للقوة المتبقية خلال تحميلها حتى الفشل. تم العثور على عينات رطبة لديك حمولة فشل المتبقية يساوي (2.970 ± 0.246) كجم، بالمقارنة مع الحمل المتبقية فشل (3.623 ± 0.0967) كجم للعينات الجافة، (الشكل 6، الجدول 2). وكان هذا القرار للقياسات المتبقية تحميل فشل ± 0.194 كجم.
الشكل 1. نظرة عامة على المكونات الرئيسية للجهاز الفحص. A. عالية الكثافة البولي ايثيلين دبابات. B. الموسع العزل رغوة البوليسترين. C. مشقوق البولي الغطاء. D. الألومنيوم T بار وقوس المتراكمة. E. ثلاث نقاط الانحناء سوpports. F. الإطار السفلي. الفواصل G. زاوية. H. أعلى الإطار. I. سلسلة المجالس الجهد. J. السفلى التجمع التحميل. الأوزان K. مشقوق وشماعات. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2. عرض مفصل من الغطاء. ألف عالية الكثافة البولي ايثيلين دبابات. C. فترة زمنية محددة غطاء البولي. D. الألومنيوم T-بار وقوس المتراكمة. E. ثلاث نقاط الانحناء الدعم. J. السفلى التجمع التحميل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل (3). تجميع سلسلة الجهد لجهاز الفحص. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم يدعم 4. غطاء للجهاز الفحص. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 5. منتصف العمر الاختلاف النزوح مع الوقت، لعينات الجافة والرطبة. مناشداتالبريد انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6. قطع مربع من الأحمال المتبقية إلى الفشل، لعينات الجافة والرطبة، والتي تبين ضعف أكبر من العينات الرطبة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 7. صور للعينات الرغوة بعد الانحناء المتبقية اختبارات القوة: (A) و (B) العينات الجافة، (C) و (D) عينات الرطب. عرض عينة الاسمية هو24 ملم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
| ساعات من بداية | التغيير من النزوح (مم)، العينة 1 | التغيير من النزوح (مم)، العينة 2 | التغيير من النزوح (مم)، العينة 3 | التغيير من النزوح (مم)، العينة 4 |
| 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 |
| 0.230 | 0.454 | 0.130 | 1،298 | 0.195 |
| 0.730 | 0.714 | 2.141 | 1،298 | 1،817 |
| 0.980 | 0.779 | 2.141 | 1،298 | 1،817 |
| 1.310 | 0.779 | 2،076 | 1،298 | 1،817 |
| 1.810 | 1.038 | 2.141 | 1،947 | 1،817 |
| 2.010 | 0،973 | 2،206 | 1،947 | 1،817 |
| 2.350 | 1.363 | 2،076 | 1،947 | 1.882 |
| 2.610 | 1.363 | 2،076 | 1،947 | 1.752 |
| 2،730 | 1،428 | 2،076 | 1،947 | 1.752 |
| 3.230 | 1.557 | 2،076 | 2.596 | 1،817 |
| 3،480 | 1،298 | 2،076 | 1،947 | 1،947 |
| 3،810 | 1،622 | 2،076 | 2.596 | 1،817 |
| 4،010 | 1،622 | 2،076 | 2.596 | 1،817 |
| 4.230 | 1.557 | 2،076 | 2.596 | 2.012 |
| 4.480 | 1.557 | 2،076 | 2.596 | 2.012 |
| 4.730 | 1،622 | 2،076 | 2.596 | 2.012 |
| 4،980 | 1.752 | 2.141 | 2.596 | 1،947 |
| 5،230 | 1.752 | 2،076 | 3،244 | 1،947 |
| 5.510 | 1.687 | 2.141 | 2.596 | 2.012 |
| 5،780 | 1.557 | 2،076 | 2.596 | 1.882 |
| 5.980 | 1.687 | 2،076 | 2.596 | 1،947 |
| 6.310 | 1،622 | 2.141 | 2.596 | 1.882 |
| 6.480 | 1،622 | 2،206 | 2.596 | 2.012 |
| 23،550 | 1.882 | 2،206 | 2.596 | 1.882 |
| 23،967 | 1.752 | 2،271 | 2.596 | 1،947 |
الجدول 1. المهجرين مقابل الوقت من عينات الرغوة في الرطوبة النسبية المحيطة (العينات الجافة).
| ساعات من بداية | التغيير من النزوح (مم)، العينة 1 | التغيير من النزوح (مم)، العينة 2 | التغيير من النزوح (مم)، العينة 3 | التغيير من النزوح (مم)، العينة 4 |
| 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 |
| 0.303 | 3.245 | 0.000 | 1،298 | 0.000 |
| 0،653 | 3،439 | 0.195 | 2.596 | 0.000 |
| 0.903 | 4،932 | 1.168 | 3،894 | 1.168 |
| 1.163 | 4،932 | 1.168 | 3.245 | 1.233 |
| 1.433 | 6،295 | 2،206 | 4،543 | 2.012 |
| 1.703 | 6.360 | 2،466 | 4،543 | 2،142 |
| 2.013 | 7،074 | 2.855 | 5،192 | 2،077 |
| 2.253 | 7،203 | 2.790 | 5،192 | 2،077 |
| 2.763 | 7،917 | 3.310 | 5،841 | 3.180 |
| 3،013 | 7،917 | 3،634 | 5،841 | 3.180 |
| 3،283 | 8،047 | 4،413 | 5،841 | 3.180 |
| 3،513 | 7،917 | 4.153 | 5،841 | 3.180 |
| 3،753 | 7،917 | 3،699 | 6،489 | 3.245 |
| 4،013 | 9،734 | 5،192 | 7،787 | 4،478 |
| 4.253 | 10،448 | 4،802 | 8،436 | 4،608 |
| 4،513 | 10،448 | 4،802 | 8،436 | 4،478 |
| 4،783 | 10،448 | 4،802 | 8،436 | 4،478 |
| 5،013 | 10،448 | 5.127 | 8،436 | 4،737 |
| 5،313 | 10،383 | 4،737 | 8،436 | 4،608 |
| 5،513 | 11،421 | 5.711 | 9،085 | 5،581 |
| 5،753 | 11،421 | 5،646 | 9،085 | 5.711 |
| 6،033 | 11،551 | 5،776 | 9،085 | 5،516 |
| 6.333 | 11،486 | 6.035 | 9،085 | 5،581 |
| 6،503 | 11،551 | 6.360 | 9،734 | 6.035 |
| 23.300 | 16،937 | 10،383 | 14،277 | 9،734 |
| 23،650 | 17،067 | 10،318 | 15،575 | 9،734 |
| 23،983 | 17،002 | 10،253 | 14،277 | 10،383 |
| 24.250 | 17،262 | 10،253 | 14،926 | 9،994 |
| 24،983 18،625 | 11،486 | 16،224 | 11،292 |
الجدول 2. المهجرين مقابل الوقت من عينات الرغوة عند 100٪ RH (عينات الرطب).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
من البيانات التي حصل عليها، ويمكن أن نرى أن السيناريو اختبار المتزامنة لم تؤثر على متانة الخلايا المغلقة عينات رغوة البولي يوريثان. هذا يمكن أن ينظر إليه من خلال مقارنة التشريد مختلفة إلى حد كبير (الشكل 5) والأحمال المتبقية إلى الفشل (الشكل 6) من العينات الجافة والرطبة. الشكل 7 يبين صورا لعينات بعد اختبارات القوة المتبقية. وينبغي أيضا أن يلاحظ أنه، في حين بلغ تشريد العينات الجافة حالة مستقرة داخل فترة مراقبة 24 ساعة، وتلك من العينات الرطب لم يفعل ذلك. وبالتالي، سيتم إجراء الاختبارات المستقبلية لفترة زمنية أطول، إما لتحقيق سلوك ثابت للدولة من العينات مكيفة أو إثبات أن مثل هذه الحالة المستقرة قد لا يكون ممكنا في غضون فترة زمنية اختبار معين (على سبيل المثال، إذا كانت التجارب المادية تدهور الذي يؤدي إلى الفشل).
وboxplots من الشكل (6)
مقارنة مباشرة لهذه النتيجة لا يمكن أن يتم مع الأدب بسبب محدودة نسبيا نشرت البيانات والمواد المختلفة وملامح الحمل اختيارهم من قبل مختلف المؤلفين. ومع ذلك، فإن النتائج التي تم الحصول عليها تمثيلية مع هذه المباراة تتفق مع الاتجاه الذي لوحظ من غيليرت وتورلي 7 حول "أعلى بكثير" الانحرافات زحف التي يعاني منها عينات من الزجاج المقوى بالألياف.
ويمكن تحسين جهاز الفحص من أجل زيادة متانة وسهولة الاستخدام. انزلاق يتصاعد ستضاف في قاعدة الإطار العلوي يدعم لعقد الجهد بطريقة أكثر أمنا. هذا سوف يقلل من إمكانية الحركة وبالتالي زيادة دقة القراءات. وعلاوة على ذلك، فإن الجهد يكونمتصلة الألواح الصغيرة إلى محطات المسمار ثلاثة دبوس. وهذا أيضا تعزيز دقة القراءات لأنه سيقضي على الحاجة للمس الجهد في حين أخذ القياسات.
ومن المقرر إدخال تحسينات إضافية لزيادة مرونة الجهاز. على سبيل المثال، وسيتم وضع غطاء جديد من أجل خلق ختم محكم عند اختبار المواد الكيميائية الضارة المحتملة. وهذا التغيير المحتمل أن يؤدي إلى تعديل بروتوكول الخطوة 1. ويمكن أيضا أن أضيف سخان الغمر من أجل السماح للاختبار في درجات حرارة مرتفعة. عند اختبار محلول ملحي، ويمكن اعتبار شريط مغناطيسي في مكان مكلفة الفولاذ المقاوم للصدأ سخان الغمر. وهذا يتطلب تعديل على قاعدة الجهاز لدمج مصدر المغناطيسي. فإن جهاز الفحص الناتجة تقدم صورة أوسع لكيفية اختبار المتزامنة يؤثر على متانة من البوليمرات والبوليمرالمركبة المصفوفة في إطار مجموعة من الشروط في الخدمة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Acknowledgments
الكتاب أشكر القدر غارسيا، سيرينا فيرارو، إريك كويروز وستيفن كيرن (المركبات المتقدمة للبحوث والهندسة وعلوم المختبرات) لمساعدتهم في تصميم وتصنيع واختبار الإعداد. واعترف شون مالوني، مايكل Akahori، ديفيد Kehlet (هندسة تصنيع مختبر) على اقتراحاتهم والمساعدة في عملية بالقطع. بدعم من مؤسسة العلوم الوطنية (منحة التعاوني CMMI-1265691 وملحق REU به) ومكتب البحوث البحرية (N00014-13-1-0604 إلى A. Muliana، تكساس & M جامعة (الباحث الرئيسي)، وV. لا سابونارا ، الذي يديره مدير برنامج يابا راجاباكسي) هي موضع تقدير والعرفان.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Aluminum 6061 rectangular bars | McMaster-Carr, USA | 8975K268, 1668T72, 7062T17, | Part of testing platform |
| Aluminum 6061 90° angles | McMaster-Carr, USA | 8982K91, 8982K14 | Part of testing platform |
| 440C stainless steel | McMaster-Carr, USA | 6253K52 | Part of testing platform |
| High-density polyethylene sheets | Tap Plastics, USA | N/A (0.236 in. thick x 10.75 in. wide x 16.75 in. long) | Part of testing platform |
| High-density polyethylene sheets | Tap Plastics, USA | N/A (0.354 in. thick x 6 in. wide x 10 in. long) | Part of testing platform |
| High-density polyethylene sheets | Tap Plastics, USA | N/A (0.354 in. thick x 6 in. wide x 16.75 in. long) | Part of testing platform |
| Polycarbonate sheets | Tap Plastics, USA | N/A (0.375 in thick, 11.5 in. wide, 17.5 in long) | Part of testing platform |
| Expanded polystyrene foam | Home Depot | Model # 310880 Internet # 202532855 | Part of testing platform |
| Galvanized steel rope | McMaster-Carr, USA | 3498T63 | Part of testing platform |
| Steel eye bolt | McMaster-Carr, USA | 3013T341 | Part of testing platform |
| Low-carbon steel 90° angle | McMaster-Carr, USA | 9017K444 | Part of testing platform |
| Low-carbon steel rods | McMaster-Carr, USA | 8920K84, 8920K75, 8920K231, 8920K135, 8920K84 | Part of testing platform |
| Low-carbon steel tubes | McMaster-Carr, USA | 6527K314, 8910K394, 8910K395, 8920K94 | Part of testing platform |
| 304 stainless steel U-bolt | McMaster-Carr, USA | 8896T104 | Part of testing platform |
| Steel pulley | McMaster-Carr, USA | 3099T34 | Part of testing platform |
| 1008 carbon steel sheets | McMaster-Carr, USA | 9302T113 | Part of testing platform |
| Light duty swivel casters | Harbor Freight, USA | 41519 | Part of testing platform |
| 100-lbf Vinyl Weight Set | Overstock.com | 11767059 | Part of testing platform |
| Closed-cell polyurethane foam | General Plastics, USA | FR-3704 | Testing samples |
| Deionized water | Faucet, PurLab filtering system | N/A | Conditioning fluid of tank |
| Torsional spring | Retractable Key Clip, Ebay, USA | Lot 10 | Used to build string potentiometer |
| Kevlar thread | Cabela’s | IK-321909 | Used to build string potentiometer |
| 10 kOhm potentiometer | Ebay, USA | 3590S-2-103L | Used to build string potentiometer |
| Digital multimeter | Harbor Freight, USA | 98674 | Used to take resistance measurements of string potentiometer |
References
- 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).
- Hollaway, L. C. A review of the present and future utilization of FRP composites in the civil infrastructure with reference to their important in-service properties. Constr Build Mater. 24, 2419-2445 (2010).
- Mouritz, A. P., Gellert, E., Burchill, P., Challis, K. Review of advanced composite structures for naval ships and submarines. Compos Struct. 53, 21-41 (2001).
- Albanilla, M. A., Li, Y., Karbhari, V. M. Durability characterization of wet layup graphite/epoxy composites used in external strengthening. Compos Part B-Eng. 37, 200-212 (2006).
- Jedidi, J., Jacquemin, F., Vautrin, A. Accelerated hygrothermal cyclical tests for carbon/epoxy laminates. Compos. Part A –Appl. Sci. 37, 636-645 (2006).
- Jones, L. C., Tsao, A. K., Topoleski, L. D. T. Orthopedic Implant Retrieval and Failure Analysis. Degradation of Implant Materials. N, E. liaz , Springer. 393-447 (2012).
- Gellert, E. P., Turley, D. M. Seawater immersion ageing of glass-fibre reinforced polymer laminates for marine applications. Compos. Part A –Appl. Sci. 30, 1259-1265 (1999).
- Sugita, Y., Winkelmann, C., La Saponara, V. Environmental and chemical degradation of carbon/epoxy lap joints for aerospace applications, and effects on their mechanical performance. Compos. Sci. Technol. 70, 829-839 (2010).
- Campbell, R. A., Pickett, B. M., La Saponara, V., Dierdorf, D. Thermal Characterization and Flammability of Structural Epoxy and Carbon/Epoxy Composite with Environmental and Chemical Degradation. J. Adhes. Sci. Technol. 26, 889-910 (2012).
- Landry, B., LaPlante, G., LeBlanc, L. R. Environmental effects on mode II fatigue delamination growth in an aerospace grade carbon/epoxy composite. Compos. A-Appl. Sci. 43, 475-485 (2012).
- Ferracane, J. L. Hydroscopic and hydrolytic effects in dental polymer networks. Dent. Mater. 22, 211-222 (2006).
- Mueller, Y., Tognini, R., Mayer, J., Virtanen, S. Anodized titanium and stainless steel in contact with CFRP: An electrochemical approach considering galvanic corrosion. J. Biomed. Mater. Res. –A. 82, 936-946 (2007).
- Bagley, E., Long, F. A. Two-state Sorption and Desorption of Organic Vapors in Cellulose Acetate. J. Am. Chem. Soc. 77, 2172-2178 (1955).
- Shen, C. -H., Springer, G. Moisture Absorption and Desorption of Composite Materials. J. Compos Mater. 10, 2-20 (1976).
- Zhou, J., Lucas, J. P. Hygrothermal effects of epoxy resin. Part I: the nature of water in epoxy. Polymer. 40, 5505-5512 (1999).
- Abot, J. L., Yasmin, A., Daniel, I. M. Hygroscopic Behavior of Woven Carbon-Epoxy Composites. J. Reinf. Plast. Comp. 24, 195-207 (2005).
- LaPlante, G., Ouriadov, A. V., Lee-Sullivan, P., Balcom, B. J. Anomalous Moisture Diffusion in an Epoxy Adhesive. J. Appl. Polym. Sci. 109, 1350-1359 (2008).
- Weitsman, Y. J. Anomalous fluid sorption in polymeric composites and its relation to fluid-induced damage. Compos. Part A –Appl. Sci. 37, 617-623 (2006).
- Karbhari, V. M., Ghosh, K. Comparative durability evaluation of ambient temperature cured externally CFRP and GFRP composiste systems for repair of bridges. Compos. Part A –Appl. Sci. 40, 1353-1363 (2009).
- Neumann, S., Marom, G. Free-volume dependent moisture diffusion under stress in composite materials. J. Mater. Sci. 21, 26-30 (1986).
- Wan, Y. Z., Wang, Y. L., Huang, Y., He, B. M., Han, K. Y. Hygrothermal aging behaviour of VARTMed three-dimensional braided carbon-epoxy composites under external stresses. Compos. Part A –Appl. Sci. 36, 1102-1109 (2005).
- Helbling, C. S., Karbhari, V. M. Investigation of the Sorption and Tensile Response of Pultruded E-Glass/Vinylester Composites Subjected to Hygrothermal Exposure and Sustained. J. Reinf. Plast. Comp. 27, 613-638 (2008).
- Kasturiarachchi, K. A., Pritchard, G. Water absorption of glass/epoxy laminates under bending stresses. Composites. 14, 244-250 (1983).
- Abdel-Magid, B., Ziaee, S., Gass, K., Schneider, M. The combined effects of load, moisture and temperature on the properties of E-glass/epoxy composites. Compos Struct. 71, 320-326 (2005).
- Ellyin, F., Rohrbarcher, C. The Influence of Aqueous Environment, Temperature and Cyclic Loading on Glass-Fibre/Epoxy Composite Laminates. J Reinf Plast Comp. 22, 615-636 (2003).
- Earl, J. S., Dulieu-Barton, J. M., Shenoi, R. A. Determination of hygrothermal ageing effects in sandwich construction joints using thermoelastic stress analysis. Compos Sci Technol. 63, 211-223 (2003).
- Jeon, J., Muliana, A., La Saponara, V. Thermal stress and deformation analyses in fiber reinforced polymer composites undergoing heat conduction and mechanical loading. Compos. Struct. 111, 31-44 (2014).
- Muliana, A. H., Rajagopal, K. R., Wineman, A. A new class of quasi-linear models for describing the non-linear viscoelastic response of materials. Acta Mech. 224, 2169-2183 (2013).
- Joshi, N., Muliana, A. Deformation in Viscoelastic Sandwich Composites Subject to Moisture Diffusion. Compos. Struct. 92, 254-264 (2010).
- Muliana, A. H., Sawant, S. Viscoelastic Responses of Polymer Composites with Temperature and Time Dependent Constituents. Acta Mech. 204, 155-173 (2009).
- Standard Test Method for Moisture Absorption Properties and Equilibrium Conditioning of Polymer. Matrix Composite Materials. ASTM International. , (2004).
