Metodologia bada diagnostycznych warstwowych materiałów kompozytowych o osnowie polimerowej 9. Stanowiska badawcze 9.1. Stanowisko do bada zm czeniowych Badania zm czeniowe przeprowadzono na urz dzeniu zaprojektowanym i wykonanym w Zakładzie Przetwórstwa Materiałów Metalowych i Polimerowych Instytutu Materiałów In ynierskich i Biomedycznych Politechniki l skiej. Schemat urz dzenia pokazano na rysunku 9.1. Na schemacie, dla zwi kszenia czytelno ci zasady działania, przedstawiono dwa układy mocowania próbek. W rzeczywisto ci urz dzenie było wyposa one w cztery niezale ne układy mocowania próbek. Rysunek 9.1. Schemat urz dzenia do bada zm czeniowych kompozytów 9. Stanowiska badawcze 85
Open Access Library Volume 2 2011 Stanowisko badawcze (rys. 9.1) osadzono na sztywnej podstawie. Głównym elementem zespołu nap dowego był wał nap dowy 1. Wał nap dowy osadzony był w trzech w złach ło yskowych 2. W zeł ło yskowy składa si z obudowy, w której osadzone jest ło ysko kulkowe. Na ko cu wału umieszczono koło pasowe 3. Przekładnia pasowa, ze wzgl du na swoj charakterystyk i własno ci, słu y do elastycznego przeniesienia nap du z silnika elektrycznego, poprzez koła po rednie na wał. Na wale nap dowym umieszczono cztery mimo rody przesuni te w fazie o 90. Głównym elementem zespołu mimo rodu jest obudowa 5 mimo rodu z osadzonym ło yskiem kulkowym i przykr conym popychaczem mimo rodu 6. Zespół zginaj co-pomiarowy składa si z układu ramienia 7 i popychaczy, poł czonych czopami 9, a w samym ramieniu czopami i ło yskami wahliwymi 10. Dolna cz ć układu składa si z poł czonych popychaczy mimo rodu 6, popychaczy 11 poruszaj cych si w płycie 12, 13, nast pnie poprzez układ ramienia 7 ustalaj cego strzałk ugi cia próbek 14 do cz ci górnej. Górna cz ć układu składa si z popychaczy 15, ł czników 16, układu czujników 17 tensometrycznych i chwytaków próbek 8, w które mocowane s próbki. Urz dzenie do bada wyposa one było w układy pomiaru siły i sterowania nap dem. Zmodyfikowany system nap dowy urz dzenia umo liwia wielokrotne zginanie próbek w cyklu wahadłowym. Maszyna ma płynn regulacj amplitudy odkształcenia (w zakresie strzałki ugi cia f od 1 do 10 mm). Nap d urz dzenia realizowany był za pomoc silnika elektrycznego sterowanego falownikiem. Stanowisko wyposa ono w siłomierze w postaci pier cieni spr ystych z naklejonymi tensometrami w układzie pełnego mostka tensometrycznego, poł czonymi z miernikiem elektrycznym. Pomiar siły realizowano niezale nie dla ka dego układu mocowania próbki. Do miernika elektrycznego podł czono liczniki zliczaj ce liczb cykli. Po ewentualnym zniszczeniu próbki licznik cykli danego układu mocowania był zatrzymywany i rejestrowano liczb zrealizowanych cykli. Urz dzenie przystosowano do współpracy z komputerem poprzez kart analogowo-cyfrow. Widok stanowiska z układem pomiarowym przedstawiono na rysunku 9.2. 9.2. Stanowisko do bada degradacji cieplnej Degradacj ciepln przeprowadzono w trzech specjalistycznych komorach cieplnych typu SLW 53 STD produkcji Pol-Eko-Aparatura Sp.J. Wodzisław l ski z wymuszonym obiegiem powietrza. W celu umo liwienia swobodnego przepływu powietrza mi dzy próbkami 86 M. Rojek
Metodologia bada diagnostycznych warstwowych materiałów kompozytowych o osnowie polimerowej i równomiernego ich nagrzewania próbki ustawiono na siatkowych półkach w odległo ci min. 2 cm (rys. 9.3). Rysunek 9.2. Stanowisko do bada zm czeniowych z układem pomiarowym Rysunek 9.3. Uło enie próbek w komorze cieplnej 9.3. Stanowisko do bada ultrad wi kowych Badania ultrad wi kowe kompozytów przeprowadzono na stanowisku pomiarowym składaj cym si z: defektoskopu ultrad wi kowego UMT-17 produkcji firmy Ultramet. S.C. 9. Stanowiska badawcze 87
Open Access Library Volume 2 2011 w Radomiu, komputera klasy PC oraz głowicy ultrad wi kowej firmy Parametrics o cz stotliwo ci 2,25 MHz [70]. Widok stanowiska do bada ultrad wi kowych przedstawiono na rysunku 9.4. Rysunek 9.4. Stanowisko do bada ultrad wi kowych 9.4. Stanowisko do bada termowizyjnych Stanowisko do bada zaprojektowano i zbudowano na podstawie wytycznych przedstawionych w normie PN-EN ISO 821-2:2002. Stanowisko składa si z trzech głównych układów funkcjonalnych: grzewczego, mocowania próbki i rejestracji temperatury. Zostało zaprojektowane i wykonane w ramach prac badawczych prowadzonych w Zakładzie Przetwórstwa Materiałów Metalowych i Polimerowych. Schemat stanowiska przedstawiono na rysunku 9.5. Układ grzewczy, składaj cy si m.in. z promiennika podczerwieni i regulatora temperatury, osadzono na platformie ruchomej umo liwiaj cej przemieszczanie całego układu wzgl dem prowadnic liniowych, prostopadłych do powierzchni próbki badanej. Rozwi zanie takie pozwalało na ka dorazowe odsuwanie gor cego promiennika od układu mocowania próbki po zako czeniu procesu nagrzewania, a tym samym umo liwiało utrzymanie układu mocowania próbki w temperaturze otoczenia podczas prowadzonych bada. Układ ten zapewniał jednorodne warunki nagrzewania dzi ki mo liwo ci ustawienia odległo ci promiennika 88 M. Rojek
Metodologia bada diagnostycznych warstwowych materiałów kompozytowych o osnowie polimerowej podczerwieni od nagrzewanej próbki z dokładno ci do 0,1 mm. Jako ródła wymuszenia cieplnego do nagrzewania próbek u yto płaskiego promiennika podczerwieni (rys. 9.6) o mocy 1200 W oraz długo ci emitowanej fali od 2 do 10 µm. Rysunek 9.5. Schemat stanowiska do bada : 1 - regulator temperatury, 2 - promiennik podczerwieni, 3 - przeka nik z układem zabezpieczaj cym, 4 - przesłona czołowa stała, 5 - próbka badana, 6 -przesłona ruchoma, 7 - przegroda termiczna, 8 - nap d przesłony ruchomej, 9 - sterownik programowalny (PLC), 10 - kamera termowizyjna Rysunek 9.6. Przekrój zastosowanego promiennika podczerwieni SHTS firmy Elstein 9. Stanowiska badawcze 89
Open Access Library Volume 2 2011 Układ mocowania próbki skonstruowano w taki sposób, aby zminimalizować przepływ ciepła pomi dzy uchwytem i próbk badan. Zastosowanie przesłony czołowej z otworem o wymiarach mniejszych w stosunku do wymiarów próbki zapobiegało nagrzewaniu si boków próbki. W ten sposób jedynie czołowa strona próbki absorbowała promieniowanie impulsu, eliminuj c przy tym mo liwo ć nara enia detektora podczerwieni na promieniowanie pochodz ce z promiennika. Układ mocowania próbki wyposa ono dodatkowo w przesłon ruchom, słu c do zasłaniania czołowej strony próbki badanej po ustalonym czasie nagrzewania. Przesłona ruchoma, wykonuj ca ruchy w płaszczy nie próbki, przemieszczana była za pomoc nap du liniowego sterowanego programowalnym sterownikiem typu PLC. Układ ten zapewniał powtarzalno ć czasu nagrzewania próbek z dokładno ci około ±0,1 s. Stanowisko do bada termograficznych przystosowane jest do rejestracji obrazów termowizyjnych na powierzchni próbki przeciwległej do powierzchni nagrzewanej. Stanowisko umo liwia stabilne i dokładne pozycjonowanie próbki oraz taki sam czas nagrzewania dla ka dego pomiaru, zapewniaj c powtarzalno ć warunków bada. Zastosowanie osłony termicznej zapewnia kontrast temperatury po stronie rejestracji obrazu, jak i nagrzewanie powierzchni próbki bez jej kraw dzi. Przesłona termiczna oraz badana próbka zostały pomalowane czarn farb o współczynniku emisyjno ci równym około 0,95. Zmiany temperatury na powierzchni próbek były rejestrowane kamer termowizyjn ( ThermaCAM TM SC640) produkcji Flir Systems (Szwecja), współpracuj c z komputerem PC wraz z oprogramowaniem ( Researcher Professional 2.9 ). Kamera SC640, której u yto do bada, wyposa ona jest w nowoczesn, niechłodzon osnow mikrobolometryczn FPA (Focal Plane Array) pracuj c w rozdzielczo ci 640 480 pikseli w zakresie widma 7,5-13 µm. Kamera mo e pracować w trzech zakresach temperatury: od -40 C do 120 C, od 0 do 500 C, i od 300 do 2000 C. W ka dym z tych zakresów istnieje mo liwo ć elektronicznego zaw enia badanego zakresu temperatury do 1 C, co ułatwia interpretacj uzyskanych wyników i zwi ksza dokładno ć pomiaru. 90 M. Rojek