Prove di trazione sulle materie plastiche a bassa, alta o elevata velocità di deformazione
La determinazione delle curve sforzo-deformazione con alti tassi di deformazione fornisce dati per le simulazioni del crash, per esempio in fase di costruzione di veicoli.
Obiettivo e standard Requisiti di prova Sistemi di prova Brochure materie plastiche
Normative e obiettivi delle prove di trazione ad alta velocità secondo SAE J2749, ISO 18989, ISO 18872, VDA Raccomandazione 287
La determinazione delle curve sforzo-deformazione con alti tassi di deformazione fornisce dati per le simulazioni del crash, per esempio in fase di costruzione di veicoli. È attualmente in fase di sviluppo una normativa internazionale per velocità di deformazione variabili che copre prove di trazione statiche e ad alta velocità.
- SAE J 2749 definisce il test e i requisiti per la disposizione di prova in linea generale
- La norma ISO 18989 è una bozza di una normativa che specifica una procedura per prove di trazione con velocità di deformazione variabili nel range da statico a più di 150 s-1. Questo progetto si basa su:
- VDA 287, una raccomandazione dell’Associazione Tedesca dell'Industria Automobilistica (Verband der Automobilindustrie - VDA).
- La norma ISO 22183 stabilisce criteri di qualità per il comportamento dinamico della misurazione della forza e quindi permette una valutazione uniforme dei grafici di misurazione dal punto di vista della qualità.
- ISO 18872 è più un approccio teorico con definizioni generali e una procedura per l'estrapolazione dei risultati a velocità di deformazione più elevate. L'uso dello standard è limitato.
Le proprietà di trazione ad alta velocità di deformazione sono determinate su specifici campioni in condizioni note con velocità che vanno da prove statiche a circa 5 m/s. Questo permette di ottenere tassi di deformazione fino a 200 1/s su provini di tipo 3 secondo ISO 8256.
Requisiti di prova
Per queste prove si usano normalmente macchine di prova della trazione ad alta velocità, in cui un pistone viene accelerato brevemente alla velocità di prova richiesta usando l'energia idraulica immagazzinata negli accumulatori. Con queste macchine si possono misurare sia le basse che le alte velocità.
I test in un intervallo di velocità superiore a circa 1,5 m/s possono essere eseguiti anche con torri di caduta specificamente adattate per i test sulle materie plastiche. In questo caso, la configurazione di prova è simile a quella di un test di trazione a impatto, dove il campione è bloccato saldamente a un'estremità e un blocco viene inserito nell'altra estremità. Questo trasferisce il movimento del peso in caduta al campione. A velocità di prova inferiori, non ha senso effettuare prove con una torre di caduta, in quanto sarebbero necessarie un’altezza di caduta ridotta e una massa molto elevata.
Per ottenere prove valide, è fondamentale utilizzare un estensimetro adatto o un sistema di misurazione dello spostamento ad alta velocità adeguato in grado di determinare sia la velocità della presa di trazione o del percussore che la deformazione del campione con alta risoluzione e sufficiente velocità. Normalmente vengono utilizzati sistemi di telecamere veloci con valutazione 2D DIC.
La forza viene misurata con un sistema di misurazione rigido e leggero. Oltre a una buona accuratezza di misurazione e una velocità di misurazione superiore a 200 kHz, questo sistema deve avere una frequenza naturale meccanica il più alta possibile. Il periodo di questa vibrazione naturale deve essere almeno un fattore 8 o 10 volte più piccolo alla durata della misurazione fino all'evento di prova pertinente.
In teoria, il movimento della pinza dovrebbe accelerare immediatamente da zero alla velocità di prova desiderata, senza ritardi, e poi rimanere costante. Per avvicinarsi il più possibile a questo scenario ideale, viene utilizzato un elemento aggiuntivo di massa ridotta tra il pistone e l’afferraggio, una cosiddetta barra a moto perso. Questo elemento, insieme all’afferraggio collegato, determina l'andamento dinamico del processo di deformazione ed è quindi estremamente importante per la determinazione della curva sforzo-deformazione sul terzo asse, la velocità di deformazione.
Le prove vengono solitamente eseguite in condizioni climatiche normali secondo ISO 291. Se le proprietà di trazione ad alta velocità delle materie plastiche devono essere determinate in un'ampia gamma di temperature, abbiamo a disposizione camere climatiche da installare nell'area di prova della macchine per prove ad alta velocità.
