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动态力学分析

张贴者 The 福斯克Team 在10.11.16

By Samad Erogbogbo, 福斯克&Associates,LLC(FAI)

简而言之,动态力学分析(DMA)是一种最新技术,用于研究和表征各种材料的力学性能。 有关福斯使用的机器的图像,请参见下面的图1。&DMA的Associates,LLC(FAI)。许多材料,包括聚合物,都是粘弹性的。 也就是说,它们的行为既像弹性固体又像粘性流体。对于粘性材料,剪切应力和拉伸应力是速度的函数,而对于弹性材料,应力是变形的函数。图2显示了材料的粘弹性。 DMA机器在两个重要方面不同于其他机械测试设备。首先,典型的拉伸测试设备仅关注弹性组件。在许多应用中,粘性成分至关重要。粘性成分决定了诸如抗冲击性的特性。其次,拉伸测试设备主要在线性粘弹性范围之外工作。 DMA主要在线性粘弹性范围内工作,因此对材料的化学和微观结构更敏感。 DMA使用瞬态或动态振荡测试来测量粘弹性。此外,这些测试通常可以在使用中材料会暴露的预期条件下进行。

最常见的测试是动态振动测试,其中将正弦应力(或应变)施加到材料上,然后测量所得的正弦应变(或应力)。还测量了两个正弦波之间的相位差δ。对于纯弹性材料,相位滞后将为0°,对于纯粘性材料,相位滞后将为90°。但是,粘弹性材料(例如聚合物)将表现出中间相差。根据施加的应力以及δ和应变的测量值,可以计算出储能模量E’和损耗模量E’。储能模量(E’)是弹性成分,与材料的刚度有关。损耗模量(E’’)是粘性成分,与材料通过分子运动耗散机械能的能力有关。相差的正切值或tanδ是另一个常见参数,可提供有关弹性和非弹性分量之间关系的信息。复数模量(有时称为动态模量),E*使用存储模量和损耗模量来计算。

瞬态测试包括蠕变和应力松弛。在蠕变中,将应力施加到样品上并保持恒定,同时测量变形随时间的变化。一段时间后,消除应力并测量恢复。在应力松弛中,将变形施加到样品上并保持恒定,然后测量保持变形所需的应力随时间的变化。有关可从DMA获得的其他有意义的蠕变和应力松弛参数,请参见下文。

DMA机器可以使用以下常规测试配置执行许多单向类型的测试,这些测试分为动态振荡测试或瞬态测试: 悬臂 , 三点弯曲, 张力 压缩 。以下是DMA机器可执行的单向测试的简要说明:

  • 短暂的
    •  Stress Relaxation
      • 瞬间施加变形⇒测得的力是时间的函数
      • 变形(mm)转换为应变(e),力(N)转换为应力(t)
      • 应力(t)/应变(e)=模量(E)
    •  Creep
      • 瞬时施加力 变形量与时间的关系
      • 应力(t),变形转换为应变(e)
      • 应变(e)/应力(t)=依从性(D)
  •   动态
    • 应变斜坡
      • 应变随时间线性或指数增加
      • 等值应变
        • 温度变化时应变保持恒定
    • 应力斜坡
      • 应力随时间线性或指数增加
    • 控制压力
      • 温度变化时应力保持恒定

如前所述,DMA用于研究和表征材料的机械性能。然而,表征不限于独立材料;其特征在于: DMA还可以用于表征组装材料,以了解组装配置的在役行为。为了完全了解材料或组装的组件,工程师有时会使用从DMA测试获得的短期测试信息来预测长期性能,以避免特定应用程序出现意外故障。

DMA用例

从DMA机器获得的结果可用于多种目的,包括上面已经强调的一些目的。以下是一些潜在的用例:

  1. 确定工程材料的材料属性,以用作有限元建模(FEM)或其他分析中的输入。
  2. 维修条件下组装部件的故障模式的表征和预测。
  3. 根本原因分析调查–可以模拟组件或材料在使用中的负载,以确定在发生故障之前材料特性的演变。

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图1 TA Instruments Q800动态力学分析(DMA)机

 

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图2 材料的粘弹性

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话题: 核电厂 , 机械分析, dma , 有限元建模

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