FATIGUE LIFE OF ADHESION PLASTICS

Podobne dokumenty
VISCOELASTICITY OF ADHESIVES

Trwałość zmęczeniowa połączeń klejowych obciążonych na ścinanie

PROBLEMY KLEJENIA KONSTRUKCYJNEGO

Modelowanie spoin klejowych w obliczeniach MES

Trwa³oœæ zmêczeniowa tworzywa Epidian 57

Metoda prognozowania wytrzymałości kohezyjnej połączeń klejowych

WYBRANE PROBLEMY DŁUGOTRWAŁEJ EKSPLOATACJI POŁĄCZEŃ KLEJOWYCH

WPŁYW WARUNKÓW UTWARDZANIA I GRUBOŚCI UTWARDZONEJ WARSTEWKI NA WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE ŻYWICY SYNTETYCZNEJ

Wyniki badań niskocyklowej wytrzymałości zmęczeniowej stali WELDOX 900

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Metodyka wykreślania krzywej σ = σ (ε) z uwzględnieniem sztywności maszyny wytrzymałościowej

MODELOWANIE SPOIN POŁĄCZEŃ KLEJOWYCH W OBLICZENIACH MES

ELASTOOPTYKA I ANALIZA NUMERYCZNA STANU NAPRĘśEŃ W BADANIACH POLISTYRENU METODĄ DMTA

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Politechnika Poznańska. Zakład Mechaniki Technicznej

WYNIKI BADAŃ zaleŝności energii dyssypacji od amplitudy i prędkości obciąŝania podczas cyklicznego skręcania stopu aluminium PA6.

Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

Trwałość zmęczeniowa złączy spawanych elementów konstrukcyjnych

WYTRZYMAŁOŚĆ POŁĄCZEŃ KLEJOWYCH WYKONANYCH NA BAZIE KLEJÓW EPOKSYDOWYCH MODYFIKOWANYCH MONTMORYLONITEM

Rys. 1. Schemat wymiarowy złącza taśm 4 przekładkowych Fig. 1 Dimensional diagram of the 4 plies conveyor belt splice.

WPŁYW WYBRANYCH CZYNNIKÓW KONSTRUKCYJNYCH I TECHNOLOGICZNYCH NA WYTRZYMAŁOŚĆ POŁĄCZEŃ KLEJOWYCH

Maciej WŁODARCZYK Jarosław FLISIAK. 1. Wprowadzenie

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI WYTRZYMAŁOŚCIOWE TAŚM KOMPOZYTOWYCH Z WŁÓKIEN WĘGLOWYCH

WŁAŚCIWOŚCI REOLOGICZNE MIĄśSZU JABŁEK O ZRÓśNICOWANEJ STRUKTURZE

DOBÓR ELEMENTU TYPU COHESIVE DO MODELOWANIA POŁĄCZEŃ KLEJOWYCH

Historia klejenia od prehistorii do dzisiaj History of gluing from prehistory to present day

IDENTYFIKACJA DOŚWIADCZALNA PARAMETRÓW STANDARDOWEGO MODELU REOLOGICZNEGO TAŚMY PRZENOŚNIKOWEJ

BADANIA SKUTECZNOŚCI KLEJENIA POLIAMIDU PA6 ORAZ POLITETRAFLUOROETYLENU (PTFE)

WPŁYW PODWYŻSZONEJ TEMPERATURY NA WYTRZYMAŁOŚĆ MASY ZE SPOIWEM EPOKSYDOWYM

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH TWORZYW ADHEZYJNYCH

Rys.59. Przekrój poziomy ściany

ANALIZA STATYSTYCZNA W PROCESIE BADAWCZYM NA PRZYKŁADZIE OZONOWANIA POLIAMIDU PA6 DLA POTRZEB KLEJENIA

Metody badań materiałów konstrukcyjnych

im. prof. Meissnera w Ustroniu Tomasz Kaptur

Laboratorium wytrzymałości materiałów

Charakterystyka naprężeniowo-odkształceniowa dla próbek piaskowca z szorstkimi i gładkimi pęknięciami

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Politechnika Poznańska Metoda elementów skończonych. Projekt

( 5 4 ) Sposób badania wytrzymałości złącz adhezyjnych z folią polimerową

Dawid Bula. Wytrzymałość połączenia metal-ceramika na wybranych podbudowach metalowych

ODKSZTAŁCENIE NOWEJ GENERACJI POLIMERÓW NA IMPLANTY MEDYCZNE W ŚWIETLE PRÓBY ŚCISKANIA

ZAGADNIENIE CYKLICZNEGO UMOCNIENIA LUB OSŁABIENIA METALI W WARUNKACH OBCIĄŻENIA PROGRAMOWANEGO

PORÓWNANIE MECHANIZMÓW ZNISZCZENIA ZMĘCZENIOWEGO POLIMERÓW TERMOPLASTYCZNYCH POCHODZENIA NATURALNEGO I SYSNTETYCZNEGO

CHOOSEN PROPERTIES OF MULTIPLE RECYCLED PP/PS BLEND

Badania właściwości zmęczeniowych bimetalu stal S355J2- tytan Grade 1

BADANIE WPŁYWU TEMPERATUR PODWYŻSZONYCH NA WŁAŚCIWOŚCI CYKLICZNE STALI P91

INSTRUKCJA DO CWICZENIA NR 5

PRÓBA UJAWNIENIA EFEKTU BAUSCHINGERA ZA POMOCĄ NIEKONWENCJONALNEJ METODY SMALL PUNCH TEST (SPT)

BADANIE WYTRZYMAŁOŚCI NA ROZCIĄGANIE KOMPOZYTÓW WZMACNIANYCH WŁÓKNAMI WĘGLOWYMI KLASY T700

ZACHOWANIE SIĘ STWARDNIAŁEGO ZACZYNU GIPSOWEGO SUCHEGO I NASYCONEGO WODĄ POD OBCIĄŻENIEM ŚCISKAJĄCYM I ZGINAJĄCYM

dr hab. inż. Anna Rudawska, prof. PL, Wydział Mechaniczny, Politechnika Lubelska ul. Nadbystrzycka 36, Lublin

WPŁYW SPOSOBU PRZYGOTOWANIA POWIERZCHNI NA WYTRZYMAŁOŚĆ POŁĄCZEŃ KLEJOWYCH NA ŚCINANIE

OPTYMALIZACJA KONSTRUKCJI WZMOCNIEŃ ELEMENTÓW NOŚNYCH MASZYN I URZĄDZEŃ

ZMĘCZENIE MATERIAŁU POD KONTROLĄ

OCENA ROZWOJU USZKODZEŃ ZMĘCZENIOWYCH W STALACH EKSPLOATOWANYCH W ENERGETYCE.

Integralność konstrukcji w eksploatacji

JOANNA MASZYBROCKA, JERZY CYBO, ADRIAN BARYLSKI

WPŁYW WIELOKROTNYCH OBCIĄŻEŃ STATYCZNYCH NA STOPIEŃ ZAGĘSZCZENIA I WŁAŚCIWOŚCI REOLOGICZNE MASY ZIARNA

A. PATEJUK 1 Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej WAT Warszawa ul. S. Kaliskiego 2, Warszawa

MODEL NUMERYCZNY POZWALAJĄCY NA OCENĘ WPŁYWU DŁUGOŚCI ZAKŁADKI NA WYTRZYMAŁOŚĆ POŁĄCZEŃ KLEJOWYCH

WPŁYW HARTOWANIA POWIERZCHNIOWEGO NA ROZWÓJ ZUśYCIA FRETTINGOWEGO W MODELU POŁĄCZENIA WCISKOWEGO

dr hab. inż. Władysław Zielecki, prof. PRz Rzeszów r. Katedra Technologii Maszyn i Inżynierii Produkcji Politechnika Rzeszowska RECENZJA

WPŁYW CIŚNIENIA WEWNĘTRZNEGO NA NOŚNOŚĆ POŁĄCZENIA KLEJOWEGO RUR MIEDZIANYCH

AN INVESTIGATION OF DEGRADATION OF THE BOND BETWEEN COATING AND SUBSTRATE

WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI WYTRZYMAŁOŚCIOWE NASION RZEPAKU

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

PRÓBNE OBCIĄśANIE GRUNTU ZA POMOCĄ PRESJOMETRU

Odporność na zmęczenie

SPRAWOZDANIE Z BADAŃ

METODA PORÓWNANIA PRZEBIEGÓW KRZYWYCH RELAKSACJI NAPRĘśEŃ RÓśNYCH MATERIAŁÓW ROŚLINNYCH

Eksperymentalne określenie krzywej podatności. dla płaskiej próbki z karbem krawędziowym (SEC)

PEŁZANIE WYBRANYCH ELEMENTÓW KONSTRUKCYJNYCH

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

CEL PRACY ZAKRES PRACY

BADANIA DYNAMICZNE POLIURETANOWYCH ELA- STOMERÓW MIKROPOROWATYCH DYNAMIC TESTING OF MICROCELLULAR POLYURE- THANE ELASTOMERS

Metoda Elementów Skończonych

Integralność konstrukcji

OCENA MOśLIWOŚCI WYKORZYSTANIA ODPADÓW KOMPOZYTOWYCH JAKO NAPEŁNIACZA KLEJÓW

Politechnika Białostocka

WŁAŚCIWOŚCI REOLOGICZNE TWORZYWA BIODEGRADOWALNEGO WYZNACZONE NA PODSTAWIE CYKLICZNEGO TESTU RELAKSACJI NAPRĘŻEŃ

O RÓŻNICACH W ZACHOWANIU SIĘ SKAŁ W WARUNKACH JEDNOOSIOWEGO ROZCIĄGANIA I ŚCISKANIA

RECYKLING MATERIAŁOWY ODPADÓW TETRA PAKU MATERIAL RECYCLING OF TETRA PAK WASTE

Zmęczenie Materiałów pod Kontrolą

LABORATORIUM PODSTAWY ELEKTROTECHNIKI

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA

PREZENTACJA GEOSIATKI KOMÓRKOWEJ Z NEOLOY

Politechnika Białostocka

ANALIZA ROZKŁADU OPORÓW NA POBOCZNICĘ I PODSTAWĘ KOLUMNY BETONOWEJ NA PODSTAWIE WYNIKÓW PRÓBNEGO OBCIĄśENIA STATYCZNEGO

Zagrożenia drewna polichromowanego przez fluktuacje wilgotności względnej

ANALYSIS OF FATIGUE CRACK GROWTH RATE UNDER MIXED-MODE LOADING

Podstawowe pojęcia wytrzymałości materiałów. Statyczna próba rozciągania metali. Warunek nośności i użytkowania. Założenia

WSTĘPNE MODELOWANIE ODDZIAŁYWANIA FALI CIŚNIENIA NA PÓŁSFERYCZNY ELEMENT KOMPOZYTOWY O ZMIENNEJ GRUBOŚCI

BADANIA HYBRYDOWYCH KOMPOZYTÓW WARSTWOWYCH TYPU FML (FIBRE METAL LAMINATE)

Nauka o Materiałach. Wykład VIII. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste. Jerzy Lis

ĆWICZENIE 15 WYZNACZANIE (K IC )

MODELOWANIE PROCESU NISZCZENIA KOMPOZYTOWEGO OKUCIA MODELING OF DAMAGE PROCESS OF BOLTED COMPOSITE JOINT

Transkrypt:

JAN GODZIMIRSKI, MAREK ROŚKOWICZ TRWAŁOŚĆ ZMĘCZENIOWA TWORZYW ADHEZYJNYCH FATIGUE LIFE OF ADHESION PLASTICS S t r e s z c z e n i e A b s t a r c t W badaniach wykazano, Ŝe w mechanizmie zniszczenia zmęczeniowego połączeń klejowych istotne znaczenie ma proces pełzania ich spoin występujący juŝ w temperaturze otoczenia. Słowa kluczowe: tworzywa adhezyjne, kleje konstrukcyjne, trwałość zmęczeniowa It was demonstrated that creep at ambient temperature is very important for the process of fatigue failure of the adhesive joints. Keywords: adhesive plastics, structural adhesive, fatigue life Prof. dr hab. inŝ. Jan Godzimrski, dr inŝ. Marek Rośkowicz, Instytut Techniki Lotniczej, Wydział Mechatroniki, Wojskowa Akademia Techniczna.

112 1. Wstęp Tworzywa adhezyjne w postaci: klejów, kitów klejowych, uszczelniaczy i osnów materiałów kompozytowych znajdują szerokie zastosowanie w budowie [1] i naprawach [2] maszyn, pojazdów, statków powietrznych i innych urządzeń technicznych. Klejenie konstrukcyjne stanowi obecnie cenne uzupełnienie innych metod łączenia materiałów. Racjonalne stosowanie klejenia konstrukcyjnego wymaga często uwzględnienia wytrzymałości zmęczeniowej projektowanego połączenia. Jak wykazują prowadzone badania [3] nie ma korelacji miedzy wytrzymałością doraźną połączeń klejowych, a ich trwałością zmęczeniową, jak równieŝ nie ma korelacji między trwałością zmęczeniową tworzyw adhezyjnych a trwałością zmęczeniową połączeń wykonywanych za pomocą tych tworzyw. Celem prowadzonych badań było lepsze poznanie mechanizmu niszczenia zmęczeniowego tworzyw adhezyjnych. 2. adania eksperymentalne W badaniach stosowano próbki o średnicy 12,5 mm i długości 25 mm odlewane z tworzyw adhezyjnych: elzony 1111 i Epidianu57/Z1. ObciąŜano je na ściskanie cyklem odzerowotętniącym, (ściślej jednostronnym o małej wartości napręŝeń minimalnych) i maksymalnej wartości równej połowie ich wytrzymałości doraźnej. W trakcie obciąŝenia zmęczeniowego rejestrowano połoŝenie ruchomej trawersy maszyny wytrzymałościowej przy minimalnej i maksymalnej wartości obciąŝenia cyklu zmęczeniowego w funkcji liczby cykli. Pozwoliło to określać wartość amplitudy odkształceń badanej próbki, jak równieŝ zmianę jej wysokości wynikającą z przemieszczania się trawersy (rys. 1). Odkształcenie lub przemieszczenie [mm] 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 100 200 Liczba cykli [ tys.] zakres odkształceń przemieszczenie Rys. 1. Zmiana zakresu odkształceń próbki wałeczkowej i jej wysokości w trakcie badań zmęczeniowych klejowej masy regeneracyjnej elzona 1111 Fig. 1. Change of the range of cyclic strains and height of sample during fatigue test of elzona 1111

113 Stwierdzono niewielkie zmiany amplitudy odkształceń i ciągłe narastanie całkowitych odkształceń (wysokości próbek) charakterystyczne dla pełzania materiałów. Pomimo, Ŝe próbka wykonana z Epidianu 57/Z1 była obciąŝona mniejszym napręŝeniem, amplituda jej odkształceń była większa niŝ elzony 1111, co wynika z mniejszej (około dwukrotnie) wartości modułu spręŝystości materiału Epidian 57/Z1 w porównaniu z materiałem elzona 1111. RównieŜ zmiana wysokości w funkcji liczby cykli obciąŝeniowych próbki wykonanej z Epidianu 57/Z1 była bardziej intensywna niŝ próbki wykonanej z materiału elzona 1111. W celu potwierdzenia tezy, Ŝe pod obciąŝeniem zmęczeniowym moŝe w temperaturze otoczenia wystąpić pełzanie badanych tworzyw przeprowadzono odpowiednie badania. Próbki wałeczkowe o wymiarach stosowanych w badaniach zmęczeniowych obciąŝono siłą 5 kn i mierzono ich narastające w czasie odkształcenia w temperaturze otoczenia 20..23 C i podwyŝszonej 35 C (rys. 2). Przeprowadzone badania potwierdziły tezę, Ŝe badane tworzywa mogą podlegać pełzaniu w trakcie obciąŝeń zmęczeniowych cyklem jednostronnym oraz, Ŝe pełzanie tworzywa Epidian57/Z1 jest bardziej intensywne niŝ tworzywa elzona 1111. 2,5 odkształcenie [mm] 2 1,5 1 0,5 Epidian 57 elzona 1111 0 0 20 40 60 czas [h] Rys. 2. Krzywe pełzania tworzyw Epidian 57/Z1 i elzona 1111 w temperaturze 35 o C pod napręŝeniami ściskającymi około 40 MPa Fig. 2. Creep curves of Epidian 57/Z1 and elzona 1111 at temperature 35 o C under compression stresses about 40 MPa Rys. 3. Względna trwałość zmęczeniowa na ścinanie (maksymalne obciąŝenie cyklu zmęczeniowego równe ~ 0,66 wytrzymałości na ścinanie) badanych tworzyw adhezyjnych Fig. 3. Shear relative fatigue life (maximum load of fatigue cycle equal ~ 0,66 shear strength) of testing adhesive plastics

114 Przeprowadzone badania porównawcze trwałości zmęczeniowej połączeń jednozakładowych wykazały większą trwałość względną (rys. 3) połączeń wykonanych materiałem elzona 1111 oraz porównywalną trwałość bezwzględną obu badanych materiałów. 3. Analiza odkształceń badanych tworzyw Tworzywa wielkocząsteczkowe wykazują właściwości lepkospręŝyste. Fizycznym modelem lepkospręŝystości liniowej moŝe być model urgersa (rys. 4). Rys. 4. Model urgersa, E A, E, η i η współczynniki lepkospręŝystości Fig. 4. urgers model, E A, E, η and η - factors of viscoelasticity Odkształcenie ciała lepkospręŝystego jest funkcją napręŝeń, czasu i właściwości fizycznych materiału określonych współczynnikami lepkospręŝystości. o o o t E ε = + t + 1 exp E η E A η (1) Całkowite odkształcenia ciała lepkospręŝystego o właściwościach zbliŝonych do takich, jakie wykazuje Epidian 57/Z1 utwardzany w temperaturze 60 o C pod cyklicznym obciąŝeniem moŝna opisać zaleŝnością [4]: m E a ε t E 1 exp η cos η ν ( ν t) m + a sin + E A ( ν t) t cos( ν t) + η m a ν η (2) gdzie: m średnie napręŝenie cyklu zmęczeniowego, a amplituda cyklu zmęczeniowego, ν - częstotliwość cyklu, t czas. Z przeprowadzonych obliczeń (rys. 5) wynika, Ŝe przy obciąŝeniu zmęczeniowym napręŝeniami jednostronnymi materiału lepkospręŝystego, którego właściwości opisuje model urgera, wraz ze wzrostem liczby cykli (czasu obciąŝenia) wzrasta zarówno amplituda odkształceń, jak równieŝ ich wartość średnia. Wynika z tego, Ŝe ograniczona trwałość zmęczeniowa połączeń klejowych spowodowana jest, między innymi, pełzaniem spoin.

115 Rys. 5. Zmiana w czasie odkształceń próbki wałeczkowej o długości 25 mm, obciąŝonej zmęczeniowo (napręŝenie średnie 22,1 MPa, amplituda 20,5 MPa, częstotliwość 20 Hz), opisanej modelem urgera Fig. 5. Dependence of strain changes of fatigue loaded cylindrical sample 25mm in length on time (mean stress 22,1 MPa, stress amplitude 20,5 MPa, frequency 20 Hz) described by urgers model adania wykazują, Ŝe spoiny obciąŝone w ograniczonym zakresie moŝe cechować wysoka trwałość zmęczeniowa. Wynika z tego, Ŝe w tym przypadku przyrost odkształceń powinien zaniknąć po upływie określonej liczby obciąŝeń. Modelem ciała lepkospręŝystego, które odkształca się pod wpływem stale działającego obciąŝenia, lecz odkształcenia te ustalają się po upływie określonego czasu moŝe być model Zenera (rys. 6). Odkształcenia modelu Zenera w czasie opisuje zaleŝność: ε = η E A η + t E + η E + E A E t (3) z której wynika, Ŝe wraz z upływem czasu działania obciąŝenia odkształcenia dąŝą do wartości: ε = E A (4) Rys. 6. Model Zenera ciała liniowo lepkospręŝystego Fig. 6. Zeners model of linear viscoelasticity

116 Odkształcenia ciała opisanego modelem Zenera, obciąŝonego cyklem sinusoidalnym opisuje zaleŝność: ε = [ m + a sin (ν t )] η + t E η E A + η E + E A E t (5) Z graficznego obrazu takich odkształceń (rys. 7) wynika, Ŝe wraz z upływem czasu działania obciąŝenia maksymalne odkształcenia materiału dąŝą do stałej wartości. 4. Wnioski 1. 2. 3. W mechanizmie zniszczenia zmęczeniowego połączeń klejowych istotne znaczenie ma proces pełzania ich spoin występujący juŝ w temperaturze otoczenia, a którego intensywność rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Modelem urgersa moŝna z przybliŝeniem opisywać liniową lepkospręŝystość spoin o ograniczonej trwałości zmęczeniowej. Przy obciąŝeniu zmęczeniowym cyklem jednostronnym wraz ze wzrostem liczby cykli wzrasta amplituda i średnia wartość odkształceń obciąŝonego tworzywa (spoiny). Do opisu liniowych właściwości lepkospręŝystych spoin o nieograniczonej wytrzymałości zmęczeniowej bardziej właściwy wydaje się być model Zenera. Przy obciąŝeniu zmęczeniowym cyklem jednostronnym wraz ze wzrostem liczby cykli maksymalne odkształcenia spoiny dąŝą do ograniczonej wartości. Rys. 7. Zmiana w czasie odkształceń próbki wałeczkowej o długości 25 mm, obciąŝonej zmęczeniowo (napręŝenie średnie 22,1 MPa, amplituda 20,5 MPa, częstotliwość 20Hz), opisanej modelem Zenera Fig. 7. Dependence of strain changes of fatigue loaded cylindrical sample 25 mm in length on time (mean stress 22,1 MPa, stress amplitude 20,5 MPa, frequency 20 Hz) described by Zeners model

L i t e r a t u r a 117 [1] Cagle C., Kleje i klejenie, WNT, Warszawa 1977. [2] Sikora R., Tworzywa epoksydowe w naprawach maszyn, WNT, Warszawa 1971. [3] Godzimirski J., Komorek A., adania trwałości zmęczeniowej tworzyw i połączeń adhezyjnych, Czasopismo Techniczne Mechanika z. 6-M/2006, Politechnika Krakowska, Kraków 2006. [4] Godzimirski J., Komorek A., Rośkowicz M., Trwałość zmęczeniowa tworzywa Epidian 57, Polimery LIII (2008) 10.