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弹性材料的动态测试

作者: 时间:2013-09-13 来源:网络 收藏


把线性马达并入

EnduraTEC Systems公司和Bose公司组成了技术联盟,将Bose公司的活动电磁线性马达技术与EnduraTEC的材料测试系统相结合,以充分利用线性马达优异的性能范围。联合的结果是ElectroForce(ELF)系列测试仪。测试仪包括台式,负载能力最高可达4500牛顿(试验台,ELF3200和3300)和立式,(ELF3400)负载能力最高可达6000牛顿。他们全部由标准电源插座提供动力,不需要其他额外的基础设施。其结构紧凑,节约空间,空气冷却,符合无尘室的要求,运行时噪音低,多种线性和扭矩马达可同时安装在同一台仪器上,用于多轴应用程序。

利用传统的电磁技术,负荷和行程范围作为频率的函数也会受到限制。伺服液压系统允许较高的负荷和行程,但运转和维护成本高,而且密封件摩擦和活动质量还会限制了其较小的振幅激励。而由活动电磁线性马达驱动的测试系统提供了开发者比其他测试系统更宽的正弦激励,且范围正好叠加了的需要。

ELF3230的正弦性能是行程和频率的函数,这表明在远远超过50赫兹时,即使显著施加负载,仍可达到12.5毫米的全动态行程。线性马达的精确性允许测试在低至0.00001赫兹(约为一天一转)的频率下进行。Bose线性马达的性能已在实际情况下通过测试数据获得证实,包括夹具质量和样品刚性。

动态机械分析

动态机械分析(DMA),有时也被称作动态机械热分析(DMTA),是用于分析和表征材料通常是聚合物性能的技术。将一个正弦激励应用于材料样品,可测量负荷的动态振幅、相位和行程,然后将材料的动态性能表示为频率、温度、应变振幅、平均含量和预处理的函数。

ELF测试系统可以测量动态性能,如一种情况下以频率对加速参数作图。这个测试设计用于再造扭矩DMA系统的常规能力,一个例子就是在线性剪切、5%动态应变下测试四种不同分支程度的未固化橡胶化合物,温度控制在120℃。

非线性材料模拟数据

大多数有限元素材料模型要求在不同情况下测量材料的负荷和偏转行为。传统技术集中于线性(小应变)范围的粘弹性测量,而新型马达设计用于测量更真实(大应变)情况下的周期和时间依赖性能。马达可以测试的应变水平超过100%,频率从每天一转到每秒400转,以模拟模型化特定组份的关键情况。其大范围的动态性能允许所有的所需测试可在同一系统中完成。

一个常规的拉伸夹具构造可以最佳化来进行。样品可以测试简单的拉力、压力、剪切力和纯剪切(平面拉力),单轴或多轴负荷结构中三或四点弯曲构造,以测量的所有关键反应。

应力松驰/蠕变

线性马达测试技术的低活动质量和高加速能力提供了最好的条件去测量材料的蠕变和应力松驰性能。测试可以以毫秒计,并非常准确。例如,10微秒内样品行程15毫米。相比而言,以前使用的伺服液压系统获得的最快时间是35微秒。

疲劳和断裂力学分析

线性马达提供了很宽的动态性能范围和耐用性,使其非常适合研究材料的疲劳和断裂性能。Bose线性马达较高的频率使材料迅速龟裂增长,或在短时间内进行几百万周期有疲劳运转。线性马达先进的挠性设计意味着损害是施加于样品,而不是标准测试系统的密封件或轴承,降低了维护成本,提高了每个系统的产品测试时间。

高保真度保证测试条件是准确而且可重复的,因此使测试中数据的散射最小化。测试可以覆盖决定材料疲劳限制或断裂韧性所需的所有情况。

结论

尽管表征弹性体动态性能的测试可以结合传统的伺服液压系统和电磁技术完成,现代经济情况推动各公司去找到新的方法以降低成本 — 包括操作成本和资金成本。由于活动电磁线性马达优异的性能,研究者可以用一个测试系统完成所有的测试需要。建立一个新实验室所需的资金也降低到一半或三分之一。如果再考虑到操作上的优势,如减少维护和能量成本,降低实验室噪音,降低由于油和冷却水处理带来的环保费用,是非常值得以这种新型线性马达技术来取代现有设备。

现在一个测试系统就可以提供所有的所需材料性能,增加了先进非线性有限元素分析的材料模型。系统特别适用于完成动态机械分析、应力松驰、蠕变、超弹性测试、高周疲劳和龟裂增长测试。同样的系统还能用于测量轮胎帘布、尼龙纤维、固化/未固化橡胶化合物的动态性质。静止线圈和活动磁铁的专利优势,加上无摩擦阻力挠性悬挂系统,实现了语音线圈和液压测试系统所无可比拟的性能。

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