Powered by TCPDF (

Átírás

1 Powered by TCPDF ( ュウコイカァウコャーッャゥウコエウカュィョゥォエオャェッョウァゥョュイウイ c ココゥァ a ーオャゥョケオュゥ p オ doiz

2 Mûanyagok vizsgáaa Új módszerek üvegszáas poiészer kompozi csövek mechanikai uajdonságainak ponosabb mérésére CZÉL GERGELY * egyeemi anársegéd DR. CZIGÁNY TIBOR * anszékvezeõ egyeemi anár. Bevezeés A száerõsíésû kompozi anyagoknak számos eõnyös uajdonsága van, ameyeknek köszönheõen nemcsak a egfejeebb iparágak (ûrechnoógia, echnikai versenysporok, kaonai repüés) kedve aapanyagai, hanem a mindennapi ée számos erüeén is hasznáaosak. Gyermekeink üvegszáas kompozi csúszdán jászanak a jászóéren vagy az éményfürdõkben, aho a megfeeõ súródási viszonyok eéréséhez szükséges vize is száíhajuk nagy sziárdságú ekercse kompozi csövekben, majd hasznáa uán evezehejük a szinén kompozi bééscsövekke rekonsruá eepüési fõgyûjõcsaornán kereszü. A poimer márixú kompoziok ké egfonosabb eõnye a nagy sziárdságga párosuó kis sûrûség és a korrózióáóság. Mindemee rendkívü sokodaúak, köszönheõen egyrész a szásrukúra megervezéséve a erheésekhez igazíhaó eherbírásnak [, ], másrész a maximáis formai szabadságo bizosíó ocsó gyárási echnoógiáknak. A fesoro uajdonságok egyebek mee az évizedekre erveze [3] echnoógiai- és csaornacsövek, vaamin a nagynyomású aráyok [4] erüeén is versenyképessé eszik a poimer kompozioka a fémes- és egyéb poimer anyagcsaádokbó készü ermékekke. Csövek és aráyok száekercseési gyárásechnoógiájának evi vázaa az a. ábrán, egy ipikus ermék, a szabáyos ojás szevényû csaornacsõ béés pedig az b. ábrán áhaó. A kompoziokban rejõ eheõségek kihasznáásához, ieve az áandó kiváó minõség bizosíásához meg ke ismernünk uajdonságaika, majd ezek aapján gondosan megervezni a beõük készüõ ermékeke. Poimer kompoziok akamazásakor az anyagszerkeze bonyousága mia nagyobb szerep ju a küönbözõ próbaes- és ermék szinû vizsgáaoknak, min az acéok eseében [5]. A ervezésné és az anyagok ponos megváaszásáná figyeembe ke venni a poimer kompoziok fokozo érzékenységé a környezei haásokra, esõsorban a nedvességre [6], a hõmérsékere és az U sugárzásra, ieve bizosíani ke a szükséges védeme a fesoroakka szemben. Cikkünk ké, speciáisan a száekercseési echnoógiáva készü kompozi csövekre jeemzõ mérésechnikai probéma megodására esz javasao.. Tengeyirányú szakíóvizsgáa kiérékeési módszer A poimer kompozibó száekercseésse készü csövek eõnye a ekercseési szögge beáíhaó anizorópia, ami akár egyensziárdságo is eredményezhe, maximáisan kihasznáva az anyag merevségé és eherbírásá. Az anizorópiáva azonban együ jár az is, hogy nem ehe áaános érvénnye hasznáni egyeen rugamassági moduusz és sziárdság éréke, hanem ezeke minden jeenõs irányban (csövek eseén kerüei- és engeyirány) meg ke mérni. A kerüei irányú uajdonságok gyûrû-. ábra. a Száekercseési echnoógia evi vázaa, b száekercseésse készü csaornacsõ béések * BME Poimerechnika Tanszék évfoyam, 6. szám

3 vizsgáaa haározhaók meg, a engeyirányú jeemzõk pedig szakíóvizsgáaa mérheõk. Az ÖNORM B 56 számú oszrák szabványra azér ese a váaszásunk, mer ebben kifejezeen üvegszá erõsíésû poimer kompozi csövek vizsgáaára aáhaók eõírások, és szées körben akamazzák Európa-szere. A szabvány a szakíóvizsgáaokhoz es égaap aakú próbaeseke ír eõ a vizsgáandó csövekbõ engeyirányban kivágva (. ábra).. ábra. Üvegszá erõsíésû poiészer kompozi csõbõ kivágo engeyirányú próbaes és annak kereszmeszee A csövek görbü feüeébõ kimesze próbaeseke azonban eheeen a szakíógép sík pofái közé befogni. Ezér egy vágo üvegszáa öö epoxi ragaszó keverék segíségéve a próbaesek végeire üvegszáas poiészer emezeke ragaszounk. A emez és a próbaes feüeei közi rés a vasagon fevi ragaszókeverék ööe ki, a feeseg pedig kinyomódo a résbõ. A szakíóvizsgáa kiérékeéséhez szükséges kereszmeszei erüe a csõbõ engeyirányban kivágo próbaesné ideáis eseben gyûrûcikk aakú enne, a vágási ponaanságok mia azonban ez a gyakoraban kézi eszközökke nem udjuk eérni. A 3. ábra a próbaesek kereszmeszeé muaja áaános eseben. 3. ábra. Csõbõ hosszirányban kivágo szakíó próbaes kereszmeszei geomeriai paraméerei áaános eseben A engeyirányú rugamassági moduusz és a szakíósziárdság kiérékeéséhez szükséges próbaes kereszmeszei erüeek becsésére kidogozunk egy közeíõ ejárás, ameye az ( 5) összefüggésekke fogaunk össze (jeöések a 3. ábra szerin): + T β β π r b β 360 π r k β 360 rb a arccos rb rk a arccos rk () () (3) (4) (5) aho T a kereszmeszei erüe, a besõ ív hossza, a küsõ ív hossza, a csõ favasagsága, r b a csõ besõ sugara, r k a csõ küsõ sugara, β, β középponi szögek, a a próbaes széessége a besõ sugáron mérve, a a próbaes széessége a küsõ sugáron mérve. A próbaes ényeges kereszmeszeé oyan rapézza heyeesíeük, ameynek aapjai megegyeznek az és ívhosszakka, magassága pedig megegyezik a csõ favasagságáva (T kéíves ). A számíási módszer akamas a próbaesek kivágásakor keekezõ ponaanságok kezeésére, mive nem köveei meg, hogy a besõ és a küsõ ívekhez arozó β, β középponi szögek azonosak egyenek. Az összefüggések feírásakor azza a feéeezésse éünk, hogy a csõ favasagsága áandó a mesze széessége menén. A csövek besõ ámérõi kivágás eõ, favasagságai és széességei szakíás uán a önkremen próbaesen mérük minden eseben a örés heyén. A örés uáni méréseke a próbaesek ejesen rugamas visekedése ee eheõvé. A vizsgáaok során egyszer sem apaszaunk képékeny vagy maradó aakváozás. Ké durvább közeíés is vizsgáunk a kereszmesze aakjának becsésekor. Eõször egy a és a aapú, magasságú rapéz (T rapéz ), majd azonos középponi szögekbõ számo ívhosszakra visszavezee, magasságú rapéz hasznáunk heyeesíõ síkidomkén (T ívesrapéz ). Kíséree eünk ovábbá a próbaes kereszmesze gyûrûcikke örénõ közeíésére. A vágási ponaanságok kiküszöböésére a próbaes besõ és küsõ íveihez arozó gyûrûcikkek erüeeinek számani középéréké hasznáuk. Megvizsgáuk az ismeree és az aernaív számíási módszerekke kapo erüeek közöi küönbségeke, vaamin egy próbaesbõ kivágo 5 meszee síkágyas szkennerre digiaizáunk, majd képfedogozó szofverben (AnaySIS) számíouk a meszeek erüeei (T szkenne ). A számíások eredményei az. ábáza aramazza, aho r b a próbaes besõ sugara, r k a küsõ sugár, a öbbi geomeriai mére pedig a 3. ábra szerini. Mind a négy számíási módszer nagyon hasonó ered évfoyam, 6. szám 3

4 r b. ábáza. Csõbõ hosszirányban kivágo próbaesek küönbözõ módszerekke számío és képfedogozás segíségéve mér kereszmeszei erüeei r k a a T rapéz mény szogáa és nagyon jó egyezik a képfedogozássa nyer erüe érékekke. Mive mindegyik módszer ugyanazoka a geomeriai paraméereke hasznája fe a poimer kompozi csövek engeyirányú szakíóvizsgáaainak kiérékeéséhez, a küönbözõ középponi szögekhez arozó rapéz erüeé számíó ejárás ajánjuk, mer ez szogáaja az opikai úon mér erüeekke eginkább egyezõ eredményeke. 3. Egyeneen küsõ feüeû kompozi csövek új favasagság mérési módszere T ívesrapéz Tekercse kompozi csövek eseén áaános jeenség, hogy mive a ermék csak a besõ feüeén érinkezik a szerszáa, a csõ favasagsága ponró ponra váozik a küsõ feüe egyeneensége mia. Az iyen csövek favasagságá a kerüe menén végze eheõ egnagyobb számú mérés áagábó cészerû megáapíani. Az áagoás sem képes azonban minden hibá kiküszöböni, mive a hagyományos mérõeszközök (oómérõ, mérõóra) a apinóik közö aáhaó egkiemekedõbb anyagi ponhoz arozó éréke jezik. Emia, ha a oómérõ apinói közé méyen becsúszava mérjük a csövek favasagságá, áagosan nagyobb érékeke kapunk, minha a csõ vágási éeinek szûk környezeé apinjuk, mive a csõ egyeneen küsõ faának kiemekedõ részei fearják a mérõeszköz apinói, hoo az áagos favasagság jóva kisebb min a heyeenü megmér. A bizonyaan favasagság mérésbõ adódó számíási ponaanságok haványozoan jeennek meg hajíásra igénybeve szerkeze eseén, mive a másodrendû nyomaék a harmadik haványon aramazza a favasagságo. A gyûrûnyomás jeegû erheés ipikusan hajíásra veszi igénybe a vizsgá csöveke, ezér az iyen ípusú mérések kiérékeése érdekében szükséges a csövek áagos favasagságának ponosabb megáapíása. Az emíe okáis egyeneenségeken kívü, a körõ eérõ szevényû ekercse csövek eseén gyakran eõfordu, hogy a kereszmesze menén periodikusan váozik a favasagság. Szabáyos ojás szevényû csöveink favasagságának mérésére is akamas módszerünk kifejeszésekor a periodikus jeenségek mia jeenkezõ gobáis ingadozásoka is figyeembe kee vennünk. Toómérõs favasagság méréskor fenná a veszéy, hogy a körõ eérõ szevény bizonyos részei heyeenü súyozzuk öbb vagy éppen kevesebb mérési pon fevéeéve. A egjobb áagoás megvaósíó módszernek a próbaes favasagságának a érfogaábó örénõ származaása muakozo, amey mind a okáis, mind a gobáis váozások kiegyeníésére képes. A próbaesek hossza a ponos vágási echnoógia eredményeképpen kis szórás muao, így ennek hagyományos mérésse örénõ meghaározása nem okozo gondo. A próbaesek besõ feüee szinén jó minõségû és méreponos vo, a paraméerek kör szevény eseén hagyományos mérésse, ojás szevény eseén pedig a szerszámgeomeria feéeezéséve váak ismeré. A érfogao a próbaesek evegõn és víz aá meríe áapoban végze ömegméréséve haározuk meg. Mive az ioncseré víz sûrûsége g/cm 3, a próbaesek érfogaa (cm 3 -ben kifejezve) éppen megegyeze a evegõn és a víz aá meríe áapoban evégze ömegmérések eredményének küönbségéve (m m v [cm 3 ] és [g]-ban heyeesíve). Kör szevény eseén a mér érfogabó, próbaes hosszbó és a besõ ámérõbõ (sugárbó) számío favasagság a (6) összefüggésse írhaó fe. T kéíves b r T gyûrûcikk + r π b T szkenne 00,00 4,5 04,5 6,0 6,80 09,77 0,88 0,08 0,09,30 00,00 4,0 04,0 5,80 7,06,0 0,94,3,3 3,0 3 00,00 4,50 04,50 5,40 6,74 7,3 7,9 7,64 7,63 7, ,00 4,50 04,50 5,50 6,70 7,45 7,65 7,77 7,77 8, ,00 4,0 04,0 5,83 6,96 0,86,07,7,7,00 Áag 00,00 4,30 04,30 5,70 6,90 3,8 3,55 3,59 3,59 4,64 (6) aho [] a csõ érfogabó számío favasagsága, r b [] a csõ besõ sugara, [ 3 ] a próbaes érfogaa, [] a gyûrû próbaes hossza. Tojás szevény eseén a érfoganak a sugarak függvényében örénõ feírásának érdekében a szevény azonos sugarú szakaszokra ke febonani. A érfoga a 4. ábra szerini szabáyos ojás szevény négy részre bonása uán az ismer középponi szögarományoka fehasznáva a (7) összefüggésse írhaó fe 80 (( R + ) R ) π ,87 + ((3R + ) (3R) ) π R R 53,7 + + π 360 (7) aho R [] a ojás szevény jeemzõ besõ sugara, a index a ojás szevényre ua évfoyam, 6. szám

5 Az egyenee zérusra rendezve és egyszerûsíve a (8) összefüggés írhajuk fe: 0 3,4 + 7,93 R (8) Az egyenee megodva adódik a gyûrû favasagsága. Az új módszer hasznáhaóságá három eérõ néveges favasagságú ojás szevényû csõbõ kivágo próbaesen vizsgáuk. Mind a ha próbaes mindké peremén 0 0 ponon (összesen 0 pozícióban) mérük a favasagságo, R 80 vo egységesen. A hagyományos (oómérõ) és az új módszerre mér és számío jeemzõke a. ábáza aramazza. Az új módszerre számío érékek maximum 4%-ka érnek e a oómérõve végze nagyszámú mérés áagáó. Amíg a mér favasagságok reaív szórása eére a 7 8%-o, addig a próbaes hoszszúságok reaív szórása minden eseben 3% aa marad, azaz a hosszmérés jóva ponosabb, min a favasagság mérés. Az esõ négy próbaese kézi gyémánkorongos szerszáa, az 5. és a 6. próbaese pedig nagy ámérõjû árcsáva feszere merev gépen váguk ki úgy, hogy a csöve vágás közben eszoríouk a gép aszaára. A speciáis vágási ejárás szembeûnõen kis (0,5% aai) reaív szórásoka eredményeze a próbaes hosszúságokná. Hajíásra igénybeve ekercse csövek mechanikai vizsgáaainak kiérékeéséhez és modeezéséhez mérési eredményeink aapján cészerû az új módszerre, a próbaes érfogaábó visszaszámo áagos favasagságo hasznáni.. ábáza. Hagyományos és új módszerre mér favasagságok ojás szevényû kompozi csõ eseén R80, m, g m v, g, cm 3,, ba oda 4,6±0,30 55,37 3,74 4,63 49,6±0,40 4,40 jobb oda 4,7±0,33 ba oda 4,4±0,76 53,56 3,75 39,8 50,4±,34 4,30 jobb oda 4,±0,73 3 ba oda 3,06±0,78 84,9 87,46 97,46 48,96±0,9 3,09 jobb oda 3,03±0, 4 ba oda,83±0,06 8,6 86,88 94,73 49,6±0,6,99 jobb oda,90±0, 5 ba oda,50±0,063 8,53 57,54 60,99 40,0±0,,38 jobb oda,4±0,45 6 ba oda,48±0,54 6,94 56,77 60,7 39,89±0,8,34 jobb oda,4±0,45 4. Összefogaás A poimer kompozi csövek speciáis mechanikai vizsgáaai közü a csõ hosszengeyének irányában végze szakíóvizsgáaokhoz szükséges új próbaes eõkészíési és kiérékeési módszerünkke ponosabban meghaározhaók a csövek engeyirányú mechanikai uajdonságai. Innovaív ejárásunkka mérheõ az egyeneen küsõ feüeû, száekercse poimer kompozi csövek favasagsága, vaamin eheõség nyíik a hajíó igénybevéee evégze mechanikai vizsgáaok ponosabb kiérékeésére. A ké ejárás a szerzõk esõdeges szándéka szerin hozzájáru a poimer kompoziok mechanikai uajdonságainak ponosabb meghaározásához, így növei az új anyagípussa kapcsoaos bizama a ervezõ mérnökökben, és végsõ soron eõsegíi a miné széesebb körben örénõ eerjedésüke. 5. Irodaomjegyzék 4. ábra. Szabáyos ojás szevény, α 80 o, α 36,87 o, α o, +θ szögben ekercse réeg, θ szögben ekercse réeg [] Soden, P. D.; Kiching, R.; Tse, P. C.; Tsavaas, Y.; Hinon, M. J.: Infuence of winding ange on he srengh and deformaion of fiamen-wound composie ubes subjeced o uniaxia and biaxia oads, Composies, Science and Technoogy, 46, (993). [] Hu, D.; Spencer, B.: Effec of winding ange on he faiure of fiamen wound pipe, Composies, 9, 63 7 (978). [3] Lukács, J.: Dimensions of ifeime managemen, Maerias Science Forum, , (005). [4] arga, L.; Nagy, A.; Kovács, A.: Design of CNG ank made of auminium and reinforced pasics, Composies, 6, (995). [5] Czé, G.; Czigány, T.: Deveopmen and anaysis of new fiamen wound composie pipes made of gass fiber reinforced 3P resin, Macromoecuar Symposia, 39, 3 44 (006). [6] Czé, G.; Czigány, T.: A sudy of waer absorpion and mechanica properies of gass fiber/poyeser composie pipes - effecs of specimen geomery and preparaion, Journa of Composie Maerias, 4, (008) évfoyam, 6. szám 5