Kej połōnczynie wiōnżōnce zawodzi, nasze piyrsze kroki zaôbycz ôbyjmujōm ôcyna, eli wytrzymałość kleju je adekwatno, eli ôbrōbka powiyrchnie je ôdpednio, eli impregnacyjo je stykajōnco, a materyje niy starzeły sie.
Jednak w rzeczywistych zastosowaniach inżynierskich niykere awaryje niy zaczynajōm sie ino po wdaniu do użytku; radszyj potyncjalne zagrożynia sōm już ôbecne, kej klej sie w połni utwardziōł.
To potyncjalne zagrożynie je ôbecność resztowego wnyntrznego naprziciynio.
Je niywidzialny i ciynżki do zmierzynio akuratnie dyrekt, ale niy mistyczny w naturze. Ajnfach godajōnc, klej przechodzi kurczliwość w czasie utwardzanio i ôchłodzanio; jeźli ôbtoczajōncy podłoże ôgraniczo jego swobodno deformacyjo, niekurczalno czynść stowo sie naprziciynciym resztowym we warstwie kleju.
Dzisioj pokożōm was wszyskich do głymbokigo zrozumiynio tyj kōncepcyje.
0 1 Czymu go sztudiyrować?
Zagrożynia zwiōnzane ze wnyntrznym stresym majōm charakter "ynergije-magazynowanio".
Po utwardzaniu warstwa adhezyjno przechowuje tajla ynergije elastycznyj ôdciyńcio. Ta ynergijo suży za bazowo siyła napōmniyniowo do niyskorniyjszyj delaminacyje miyndzyfazowyj, rozprzestrzynianio sie mikroprzeszczyń i deformacyje wypaczynio.
Weźmy za przikłod delaminacyjo i delaminacyjo interfejsu: naprziciski wnyntrzne grōmadzōm sie na wiyrchu ôbciynżynio ôperacyjnego, co powoduje, iże rzeczywiste naprziciynie interfejsu daleko przekroczo ôbliczany wert nominowy projektowy-. Inkszymi słowami, jeszcze przed zaczōntkym formalnyj użytku warstwy kleju, interfejs je już podlygajōncy nadmiernymu przed-napiyńciu.
Inkszym przikładym je dryf akuratności, co ôkazuje sie ekstra szkodliwy dlo precyzyjnych zespołōw, takich jak roboty, motory i elymynta ôptyczne.
Położynie magnetycznego jōndra w motorze, wyrōwnanie elymyntōw ôptycznych i wymiary czynści kōnstrukcyjnych mogōm wszyske przejść dugoterminowy dryf skirz stopniowego uwolnianio wnyntrznych naprziciynć. Jeźli kōmponynty sōm na poczōntku zgodliwe w czasie montażu, ale wykazujōm ôdchylynia po setkach godzin roboty, take problymy czynsto wynikajōm z ôbecności wnyntrznych naprziciynć.
Ôkrōm tego żywotność ôd utōmiynio je skrōcōno. Naprziyńcie wewnyntrzne reprezyntuje dugoterminowy strzedni poziōm naprziciynio, kery do kupy ôbniżo krzywo życio zmōcniynio. Kōmbinacyjo cyklu tymperatury, wilgotności i dyrgań czynsto kludzi do sytuacyji, co w nich produkty przechodzōm poczōntkowe testy, ale zawodzōm w czasie produkcyje masowyj.
Bezto stres wnyntrzny niy ma drugorzyndnym problymym, ale radszyj fundamyntalnym warōnkym niezawodności wiōnzań. Decyduje to niy ino ô tym, eli może wystōmpić adhezyjo, ale tyż ô tym, jak dugo wiōnzanie ôstowo potym sztabilne.
0 2 Skōnd pochodzi stres wnyntrzny?
Coby zrozumieć wnyntrzny stres, nojprzōd trza zrozumieć jego pochodzynie.
Wnyntrzne naprziciōngniyńcie w czasie utwardzanio adhezyje wyniko zasadniczo z dwōch zortōw szczypōw, kere wykazujōm tyndyncyjo do krymfu, ale niy mogōm tego faktycznie zrobić.
Piyrszōm kategoryjōm je kurczliwość utwardzanio, znano tyż za kurczliwość chymiczno.
We mōnōmerach ciekłych czōnsteczki utrzimujōm kōntakt bez siyły van der Waalsa (słabe interakcyje). Niy ma wiōnzań chymicznych miyndzy atōmami tych dwōch czōnsteczek; sōm po prostu w bliskim pobliżu, przi typowyj ôdległości kole 0,3–0,4 nm (co reprezyntuje suma prōmiyni van der Waalsa ôbōch czōnsteczek).
W czasie reakcyje polimeryzacyje miyndzy mōnōmerami tworzōm sie wiōnzania kowalyncyjne. Bierōnc za przikłod nojczyńścij wystympujōnce pojedyncze wiōnzanie C-C, jego dugość wiōnzanio wynosi kole 0,154 nm. To ôznaczo, co dwie czōnsteczki przōdzij rozdzielōne luźnōm ôdległościōm kole 0,35 nm sōm teroz siyłōm łōnczōne bez wiōnzanie kowalyncyjne ô dugości kole 0,15 nm-co skutkuje zmyńszyniym ôdległości miyndzyczōnsteczkowyj ô wiyncyj jak pōłowa. (Postać)
Na poziōmie makroskopowym jednoczesne krymf bilijōnōw takich por czōnsteczkowych przejawio sie jako redukcyjo ôbjyntości. Je to fizyczno kōnsekwyncyjo, co jij niy idzie doimyntnie uniknōńć w żodnyj ryakcyji polimeryzacyje przidowanio.
Drugōm kategoryjōm je termiczne naprziciski niyzgodliwości.
Moc klyjōw wymogo ôgrzywanio do utwardzanio. Po utwardzaniu, po ôchłodzyniu ze wysokij tymperatury do tymperatury pokojowyj, spōłczynniki termicznego rozprzestrzynianio sie kleju i podłoża rōżniōm sie.
Spōłczynnik termicznyj rozprzestrzynianio sie kleju je zaôbycz moc srogszy aniżeli spōłczynnik materyji bazowych, takich jak metale, magnety i cyramika. W czasie chłodzynio klej mo tyndyncyjo do dalszego krymfu, ale bazowo materyjo zapobiygo jego swobodnymu krymfu, ôgraniczajōnc w tyn spōsōb warstwa kleju i wywołujōnc resztowe wnyntrzne naprziciski.
Nojbarzij krytycznōm kōncepcyjōm je pōnkt żelowy.
Przed pōnktym żelu klej ôstowo płynny i może przepływać. W tym etapie, nawet jeźli wystōmpi krymf, materyjo może rozproszyć take deformacyje bez przepływ, reôrganizacyjo i wypołniynie, minimalizujōnc w tyn spōsōb akumulacyjo naprziciynżyń wewnyntrznych.
Po pōnkcie żelu sytuacyjo sie zmiynio. We kleju zaczyno sie tworzić trōjwymiarowy nec, a materyjo stopniowo przechodzi ze stanu ciekłego do stanu stałego. Na tym etapie warstwa adhezyjno nabiyro nośnyj zdolności i zaczyno "pamiyntać" niyskorniyjsze zdarzynia kurczliwości i deformacyje.
Inkszymi słowami, tajla krymfu, kero zachodzi po pōnkcie żelowym, je richtich podatno na generowanie stresu wnyntrznego.
Z postympym czasu materyjo dalij krzepnie, a jeji Tg durch rośnie. Kej Tg przekroczo teroźno tymperatura roboczo, warstwa kleju przechodzi ze stanu gumowego do szklanego stanu.
Po wejściu do stanu szklanego modulus warstwy kleju wartko wzrosto, co utrudnio ruch segmyntu lyńcucha; w kōnsekwyncyji tajla stresu, kero mogłaby być wczasnij uwolniōno, stowo sie jeszcze ciynżyjszo do uwolniynio.
Bez to stres wnyntrzny idzie po prostu miarkować za:
Przed pōnktym żelu: krymf może przijść bez łatwo wywołowanio stresu.
Po pōnkcie żelu: warstwa żelu zaczyno tworzić nec, a niyskorniyjszemu kurczliwości je zapobiygane.
Po witryfikacyji: materyjo stowo sie sztywno, a jeji lyńcuchy molekularne sōm unieruchomiōne, co utrudnio uwolnianie naprziciynżynio.
Jak wszyjscy wiymy:
Naprziyńcio=Modulus × Deformacyjo
Ôstateczne naprziyńcie wewnyntrzne ≈ efektywny modulus × (kurczliwość utwardzanio po-deformacyjo termicznego niyzgodliwości) − uwolniynie relaksacyjne
Deformacyjo niyzgodliwości ciepła idzie po prostu miarkować za:
Deformacyjo termiczno niyzgodliwości ≈ (spōłczynnik termicznyj rozciōngniyńcio kleju − spōłczynnik termicznyj rozciōngniyńcio podłoża) × efektywno rōżnica tymperatury
Ino krymf i niyzgodliwość termiczno, kero wystympuje po pōnkcie żelu, pōmnożōno bez durch rosnōncy modulus, minus tajla uwolniano bez relaksacyjo w czasie procesu, stanowi ôstateczne naprziciyńcie wewnyntrzne netto.
To je tyż powōd, czymu stres wnyntrzny je ciynżki do podszukowanio: niy powstowo nagło w jednym mōmyncie, ale grōmadzi sie stopniowo w czasie procesōw utwardzanio i chłodzynio. Bez cołki tyn proces kurczliwość, tymperatura, modulus i zdolność materyje do uwolnianio naprziciynżyń wszyske ulegajōm ciōngłym zmianōm.
03 How to characterize: First measure the "result," then measure the "cause."
Terŏźnie powszechnie uznowo sie, iże wnyntrzne naprziciski niy powstowajōm nagło w jednym chwili, ale radszyj grōmadzōm sie stopniowo w czasie procesōw utwardzanio i chłodzynio.
Kożdy parametr sie tutaj durch zmiynio: tympo krymfu, tymperatura, modulus, a nawet zdolność materyje do uwolnianio naprziciynżynio, wszyske sie rōżniōm.
Bez to karakteryzacyjo wnyntrznego naprziciynżynio niy może ôpierać sie jyny na jednym wercie numerycznym; musi we tym samym czasie rozwiōnzować dwa pytania:
Po piyrsze, jako wielość naprziyńcio abo deformacyje ôstowo na kōńcu?
Po druge, jak te naprziciski tworzōm sie w czasie procesu utwardzanio?
Kej chodzi ô metody testowanio, ône mogōm być ôgōlnie potajlowane na dwie kategoryje.
Jedna z kategoryji ôbyjmuje bezpostrzednio pōmiara wynikōw naprziciynio abo deformacyje, w czasie kej drugo mierzi parametry wnyntrzne materyje do stworzynio modelōw.
Kategoryjo 1: Bezpostrzednie pōmiary wynikōw naprziciynio abo deformacyje
To podejście skupio sie na ôkryślyniu zokresu deformacyje abo resztkowego naprziyńcio wywołanego we kōnstrukcyji po utwardzaniu sie kleju.
Nojbarzij klasycznōm metodōm je podejście zygniyńcio belki wysuwnyj abo dwumateryje. Klyj je nakłodany na cienke blachy metaliczne, płytki krzymowe abo inksze materyje podłoża; w czasie utwardzanio kurczliwość kleju powoduje zygniyńcie podłoża. Bez mierzynie zakrziwiynio w czasie rzeczywistym i zastosowanie metody analogicznyj do rōwnanio Stoneya, idzie porachować strzednie naprziyńcie we warstwie kleju. To podejście ôferuje przewogi bycio intuicyjnym i dobrze ugruntowanym, co przizwolo na wizualizacyjo krziwych, co pokozujōm, w jaki spōsōb naprziciōng zmiynio sie z czasym utwardzanio.
Je tyż technika włōknowego necu Bragga (FBG). Bez ôsadzanie włōkyn ôptycznych we warstwie żelu, szczyp we żelu może być zmierzōny w czasie rzeczywistym. Ta metoda zapewnio akuratniyjsze ôdbicie stanu wnyntrznego żelu w porōwnaniu z samymi pōmiarami deformacyje powiyrchnie, chocioż pociōngo za sobōm srogsze koszty i srogszo słożōność ôperacyjno.
Monitorowanie ôdciyń utwardzanio we laminatach kōmpozytowych ze użyciym rozproszōnego czujnika ôptycznego (zdrzōdło ôbrazu)
W przipadku przezroczystych klyjōw, metody fotoelastyczności abo dwułamowanio idzie tyż użyć do ôbserwacyje porozkłodanio naprziciynżyń bez dwułamowanie indukowane bez naprziciynie-.
Ôkrōm tego metody take jak wiertanie, pobiyranie prōbek jōndra, dyfrakcyjo prōmiyni X- (XRD), rozproszanie neutrōnōw i analiza przesuniyńcio Ramana mogōm być tyż używane we ôkryślōnych warōnkach do mierziynio resztowego naprziciynio abo postrzednigo szczypu.