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橡膠疲勞試驗(yàn)

2021-11-29 13:20:08·  來(lái)源：LABone佳世德檢測(cè)  
　
總述——本套測(cè)試系統(tǒng)主要用于進(jìn)行橡膠材料的動(dòng)態(tài)性能測(cè)試、疲勞耐久性能參數(shù)測(cè)試，獲得測(cè)試結(jié)果可直接用于對(duì)橡膠材料和橡膠制品的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，且測(cè)試結(jié)果
總述——本套測(cè)試系統(tǒng)主要用于進(jìn)行橡膠材料的動(dòng)態(tài)性能測(cè)試、疲勞耐久性能參數(shù)測(cè)試，獲得測(cè)試結(jié)果可直接用于對(duì)橡膠材料和橡膠制品的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，且測(cè)試結(jié)果可用于FE-SAFE、Endurica等軟件的橡膠壽命仿真分析。與ISO和ASTM等標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)不同，在這個(gè)試驗(yàn)中，預(yù)先在平面拉伸試樣上人為制造一個(gè)裂紋切口，并拉伸直到裂紋擴(kuò)展。這個(gè)實(shí)驗(yàn)經(jīng)常在多個(gè)溫度下進(jìn)行，測(cè)量基于松弛和非松弛條件下疲勞裂紋擴(kuò)展速率，采用了應(yīng)變斜坡技術(shù)，提高了測(cè)試的可靠性。在測(cè)量材料的疲勞率定律后，對(duì)它們進(jìn)行數(shù)值積分，生成一個(gè)等高線圖，顯示疲勞壽命如何依賴于占空比參數(shù)，如應(yīng)變幅值、平均應(yīng)變和最小應(yīng)變。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，還可以計(jì)算出臨界撕裂能Tc。
應(yīng)變壽命疲勞試驗(yàn)
基本應(yīng)變壽命(S-N)曲線經(jīng)常被有效地用于預(yù)測(cè)零件疲勞。“S-N”曲線由拉伸試樣循環(huán)至破壞。對(duì)于彈性體來(lái)說(shuō)，這個(gè)方法不簡(jiǎn)單，原因如下:
1）彈性體通常用于大應(yīng)變，它們?cè)趹?yīng)變過(guò)程中產(chǎn)生粘彈性熱。因此，為了避免在測(cè)試過(guò)程中大幅度改變?cè)嚇拥臏囟龋瑥椥泽w循環(huán)測(cè)試通常以1 Hz或更慢的速度運(yùn)行。這使得每次測(cè)試都要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，而且測(cè)試儀器上的時(shí)間也很昂貴。
2）由于材料初始裂紋大小的變化，“S-N”試驗(yàn)固有地表現(xiàn)出高散度，結(jié)果的一致性較差。
3）每個(gè)實(shí)驗(yàn)，可能需要幾天或幾周，只是“S-N”曲線上的一個(gè)點(diǎn)。
4）一些彈性體表現(xiàn)出一種叫做“應(yīng)變結(jié)晶”的效應(yīng)。這種效應(yīng)使材料對(duì)應(yīng)變非常敏感。在循環(huán)過(guò)程中完全卸載到零應(yīng)變的彈性體將比最小應(yīng)變未卸載到零應(yīng)變時(shí)更快地失效。這種效應(yīng)在某些材料中可能非常顯著，但通常無(wú)法用“S-N”數(shù)據(jù)集捕捉到。
5）僅僅關(guān)注最大應(yīng)力來(lái)找到故障點(diǎn)是不夠的；彈性體的關(guān)鍵問(wèn)題是，“這個(gè)方向的應(yīng)力會(huì)打開(kāi)裂縫嗎?” 總之，生成彈性材料應(yīng)變壽命疲勞數(shù)據(jù)集是非常耗時(shí)的，并且可能結(jié)果并不理想。

圖1 應(yīng)變壽命疲勞試驗(yàn)
裂紋擴(kuò)展疲勞試驗(yàn)
彈性體的機(jī)械疲勞和失效是指裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展。根據(jù)應(yīng)力的方向，一些應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致裂縫的擴(kuò)大，也可能會(huì)閉合裂紋而不會(huì)導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展。為了預(yù)測(cè)彈性體零件的機(jī)械失效和疲勞，可以研究彈性體材料在不同載荷和溫度下的裂紋是如何開(kāi)始和增長(zhǎng)的。我們觀察斷裂試樣所需壓力,壓力需要啟動(dòng)和現(xiàn)有裂紋增長(zhǎng),裂縫生長(zhǎng)所需要的能量循環(huán)期間,所需要的能量抵抗切割、生長(zhǎng)所需的時(shí)間裂縫在恒定應(yīng)力下,和啟動(dòng)裂紋增長(zhǎng)所需的周期數(shù)。
疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)的目的是測(cè)量預(yù)切裂紋在循環(huán)加載過(guò)程中的擴(kuò)展速率。這里的主要思想是，如果我們知道起始裂紋的大小，我們知道裂紋增長(zhǎng)的速度，我們就可以預(yù)測(cè)零件的失效。由于裂紋尖端的應(yīng)變狀態(tài)隨裂紋的擴(kuò)展而保持不變，且裂紋尖端能的計(jì)算簡(jiǎn)單，故選用純剪切平面拉伸試樣。切口放置在遠(yuǎn)離邊緣的試樣中，以避免邊緣效應(yīng)。將試件以加載-卸載模式拉伸，使最小應(yīng)變?yōu)榱悖畲髴?yīng)變?cè)?0小時(shí)內(nèi)緩慢增加。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，測(cè)量了裂縫的寬度。在某一時(shí)刻，裂縫開(kāi)始擴(kuò)大。由于最大應(yīng)變是緩慢增加的，裂紋的增長(zhǎng)速度也會(huì)增加。裂縫長(zhǎng)度與周期的斜率就是裂縫增長(zhǎng)速率。除了測(cè)量裂縫寬度外，還測(cè)量了相應(yīng)的時(shí)間、應(yīng)變和應(yīng)力，并進(jìn)行了相關(guān)的能量計(jì)算。

圖2 橡膠疲勞裂紋擴(kuò)展測(cè)試

圖3 橡膠疲勞裂紋擴(kuò)展曲線
兩種方法比較
我們的裝備-橡膠疲勞壽命試驗(yàn)系統(tǒng)
? 最大動(dòng)態(tài)荷載：3000 N
? 動(dòng)態(tài)頻率：0.01 Hz~100 Hz
? 動(dòng)態(tài)位移：30 mm
? 加載速度 ：5μm/s~0.8m/s
? 溫度范圍：-40 ℃~150 ℃


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