점탄성 테스트에 대한 관심이 증가하는 이유는 무엇입니까?
자동차, 비행기, 의료기기 및 소비재의 설계에 점점 더 많은 폴리머 및 복합 재료를 사용하고 있습니다. 폴리머 및 복합 재료로 만든 구조 구성요소의 사용이 증가함에 따라 이러한 재료의 점탄성 특성을 이해하는 것이 중요해졌습니다. 엘라스토머와 폴리머는 재료가 의도한 최종 용도에 적합한지 확인하기 위해 연구원과 설계자가 이해해야 하는 상당한 점성 거동을 나타냅니다.
오늘날 FEA(Finite Element Analysis) 도구는 재료의 점탄성 특성에 대한 정보를 사용하여 이러한 폴리머 또는 엘라스토머를 포함하는 설계의 성능을 보다 정확하게 예측합니다. 예를 들어, 폴리머 매트릭스 복합 재료(일반적으로 탄소 섬유 또는 탄소 섬유 강화 플라스틱이라고 함)의 확장된 사용은 폴리머 매트릭스와 강화 섬유 간에 응력이 공유되는 방식을 예측하기 위해 폴리머 구성요소의 광범위한 동적 기계적 분석이 필요합니다.
점탄성 특성화를 위한 일반적인 테스트 응용 분야는 무엇입니까?
DMA(동적 기계 분석)는 재료 및 구성요소의 탄성(스프링) 및 점성(감쇠) 거동을 측정하는 일반적인 방법입니다. 이 측정은 테스트 시편에 제어된 주기적 응력(또는 변형률)을 가하고 하중과 변위 및 위상 관계를 측정하여 수행됩니다.
DMA 테스트는 구성요소 또는 재료의 동적 강성(K*), 탄성 강성(K') 및/또는 손실 강성(K")을 측정하기 위해 실온에서 단일 주파수로 테스트하는 것처럼 간단하게 수행할 수 있습니다. DMA는 TTS(Time Temperature Superposition)라는 분석 방법을 사용하기 위해 이러한 스윕을 함께 중첩하는 것을 포함하여 여기 주파수, 응력, 변형률 및 온도의 스윕으로 매우 복잡할 수 있습니다. TTS는 실제로 테스트할 수 없는 온도 및 주파수에서 재료의 거동을 예측하는 데 사용할 수 있습니다.
DMA 테스트의 문제점은 무엇입니까?
DMA 테스트에는 수집한 데이터가 정확한지 확인하는 한 가지 주요 과제가 있습니다. 이 문제는 DMA 테스트에만 있는 것은 아니지만 데이터 정확도는 점탄성 재료로 달성하기가 특히 어렵습니다. 엘라스토머와 폴리머는 제조 공정, 노화, 온도, 조성(다양한 재료 배치), 예압 응력/변형률, 주기적 응력/변형률을 비롯한 다양한 요인에 매우 민감하기 때문에 데이터가 정확한지 여부를 알기 어렵습니다. 이러한 변수가 주어지면 예상치 못한 데이터가 잘못된 샘플, 잘못된 테스트 프로토콜 또는 실제로 부정확한 결과를 생성하는 기계로 인한 것인지 알기가 어렵습니다.
동적 기계 해석 중에 온도를 변경하면 또 다른 문제가 발생합니다. 두 가지 가장 큰 과제는 시편 속성이 변경됨에 따라 테스트 시스템의 제어 시스템(튜닝)을 유지하고 시편 온도를 예상 값으로 균일하게 유지하는 것입니다.
그동안의 엔지니어는 DMA 테스트의 과제를 어떻게 해결 했습니까?
DMA 테스트의 과제는 테스트 머신 유형 및 테스트 요구 사항에 따라 다양한 수준으로 해결되었습니다. 응용 분야로서의 동적 기계 분석은 주로 재료 과학자가 사용하는 화학 연구 도구를 넘어서 엔지니어가 사용하는 점점 더 중요한 설계 도구가 되고 있습니다. 품질 관리에 사용되는 DMA 기계는 일반적으로 샘플 속성이 범위 내에 있는지 평가하기만 하면 됩니다. 일부 기계는 "블랙박스" 접근 방식을 취하여 기계를 매우 쉽게 작동할 수 있지만 부정확한 DMA 데이터를 생성할 수 있는 잠재적인 문제를 가릴 수 있습니다. 제품 개발자와 엔지니어에게는 이러한 유형의 기계에서 제공하는 것보다 훨씬 더 정확하고 정확한 결과가 필요합니다.
제품 개발자와 엔지니어는 어떻게 데이터 정확성을 극대화할 수 있습니까?
테스트 정확도에 영향을 미칠 수 있는 테스트 시스템의 여러 측면이 있습니다. 좋은 DMA 테스트 시스템은 원치 않는 공진이 데이터에 영향을 미치지 않도록 매우 견고해야 합니다. 또한 강력한 제어 시스템이 있어야 하고 하중과 변위를 정확하게 측정할 수 있어야 하며, 이러한 모든 특성을 최대한 활용할 수 있는 강력한 소프트웨어가 있어야 합니다.
시스템의 측정 정확도를 검증하는 것도 중요합니다. 예를 들어, 모든 MTS Acumen 테스트 시스템은 출고되기 전에 동적 표준을 사용하여 동적 측정 사양을 충족하도록 테스트됩니다. 기계가 고객 사이트에 설치되면 기계가 정확한 데이터를 생성하는지 확인하기 위해 설치가 끝날 때 동적 정확도에 대한 검증이 수행됩니다. 모든 Acumen DMA 시스템에는 기본적으로 동적 표준이 포함되어 있으므로 고객은 원하는 대로 동적 정확도 측정을 반복하여 시스템이 여전히 정확한 데이터를 생성하고 있는지 확인할 수 있습니다.
측정 정확도 향상에 대한 필요성을 높이는 것 외에도 설계 엔지니어가 동적 기계 분석 요구 사항에 어떤 영향을 미쳤습니까?
설계에 엘라스토머와 폴리머를 사용하는 엔지니어는 이러한 재료의 강도와 피로 특성도 알아야 합니다. 그러나 DMA 전용 머신은 이러한 유형의 테스트를 수행할 수 없습니다. 엔지니어링 설계 팀은 테스트 기계의 DMA 데이터 이상을 필요로 하기 때문에 여러 시스템 또는 보다 다양한 테스트 시스템에 대한 요구가 증가했습니다.
DMA 테스트를 변경하는 다른 영향이 있습니까?
몇 가지 요인에 의해 더 큰 시편 크기를 지향하는 경향이 있습니다. 첫 번째는 자동차, 항공 우주 및 건설 산업에서 복합 재료 사용이 증가하고 있다는 것입니다. 또한 복합 재료 및 충전 폴리머의 경우 재료의 단면이 통계적으로 대표되는 구조를 갖도록 더 큰 크기의 샘플이 필요합니다. 마지막으로 점탄성 특성 측정은 시편 크기에 민감할 수 있으므로 최종 사용 구성요소와 매우 유사한 재료 샘플을 테스트하는 것이 이상적입니다.
더 큰 시편 크기에 대한 추세가 DMA 테스트에 어떤 영향을 미쳤습니까?
더 큰 시편 크기의 주요 영향은 더 크고 더 강력한 기계가 필요하다는 것입니다. 이전의 DMA 기계는 몇 파운드(30뉴턴 미만)의 힘만 가할 수 있었습니다. 더 큰 시편은 수백, 때로는 수천 뉴턴의 힘이 필요할 수 있습니다.
점탄성 특성화의 미래, 특히 DMA 테스트에 대해 어떤 예측이 있습니까?
여러 유형의 테스트에 대한 필요성과 더 큰 시편을 테스트하려는 추세는 DMA 응용 분야를 포함하여 점탄성 테스트를 위한 다용도 기계의 증가를 이끌 것입니다. 그러나 모든 소재 테스트 시스템이 DMA 시스템으로 분류될 수 있는 것은 아닙니다. DMA에 적합한 것으로 판매되는 일부 기계는 중요한 정확도 요구 사항을 무시하고 결과만 보고합니다. 일부 제조업체는 단순히 피로 측정 시험기에 계산을 추가한 다음 이를 DMA 기계라고 부릅니다. 일반적으로 다용도 기계에는 상당한 수의 절충이 필요하지만 MTS Acumen 테스트 시스템과 같은 일부는 DMA, 단조 및 피로 측정 테스트에 대한 정확한 결과를 제공하도록 장착되어 테스트 실험실에서 전례없는 수준의 다용성을 허용합니다.
자동차, 비행기, 의료기기 및 소비재의 설계에 점점 더 많은 폴리머 및 복합 재료를 사용하고 있습니다. 폴리머 및 복합 재료로 만든 구조 구성요소의 사용이 증가함에 따라 이러한 재료의 점탄성 특성을 이해하는 것이 중요해졌습니다. 엘라스토머와 폴리머는 재료가 의도한 최종 용도에 적합한지 확인하기 위해 연구원과 설계자가 이해해야 하는 상당한 점성 거동을 나타냅니다.
오늘날 FEA(Finite Element Analysis) 도구는 재료의 점탄성 특성에 대한 정보를 사용하여 이러한 폴리머 또는 엘라스토머를 포함하는 설계의 성능을 보다 정확하게 예측합니다. 예를 들어, 폴리머 매트릭스 복합 재료(일반적으로 탄소 섬유 또는 탄소 섬유 강화 플라스틱이라고 함)의 확장된 사용은 폴리머 매트릭스와 강화 섬유 간에 응력이 공유되는 방식을 예측하기 위해 폴리머 구성요소의 광범위한 동적 기계적 분석이 필요합니다.
점탄성 특성화를 위한 일반적인 테스트 응용 분야는 무엇입니까?
DMA(동적 기계 분석)는 재료 및 구성요소의 탄성(스프링) 및 점성(감쇠) 거동을 측정하는 일반적인 방법입니다. 이 측정은 테스트 시편에 제어된 주기적 응력(또는 변형률)을 가하고 하중과 변위 및 위상 관계를 측정하여 수행됩니다.
DMA 테스트는 구성요소 또는 재료의 동적 강성(K*), 탄성 강성(K') 및/또는 손실 강성(K")을 측정하기 위해 실온에서 단일 주파수로 테스트하는 것처럼 간단하게 수행할 수 있습니다. DMA는 TTS(Time Temperature Superposition)라는 분석 방법을 사용하기 위해 이러한 스윕을 함께 중첩하는 것을 포함하여 여기 주파수, 응력, 변형률 및 온도의 스윕으로 매우 복잡할 수 있습니다. TTS는 실제로 테스트할 수 없는 온도 및 주파수에서 재료의 거동을 예측하는 데 사용할 수 있습니다.
DMA 테스트의 문제점은 무엇입니까?
DMA 테스트에는 수집한 데이터가 정확한지 확인하는 한 가지 주요 과제가 있습니다. 이 문제는 DMA 테스트에만 있는 것은 아니지만 데이터 정확도는 점탄성 재료로 달성하기가 특히 어렵습니다. 엘라스토머와 폴리머는 제조 공정, 노화, 온도, 조성(다양한 재료 배치), 예압 응력/변형률, 주기적 응력/변형률을 비롯한 다양한 요인에 매우 민감하기 때문에 데이터가 정확한지 여부를 알기 어렵습니다. 이러한 변수가 주어지면 예상치 못한 데이터가 잘못된 샘플, 잘못된 테스트 프로토콜 또는 실제로 부정확한 결과를 생성하는 기계로 인한 것인지 알기가 어렵습니다.
동적 기계 해석 중에 온도를 변경하면 또 다른 문제가 발생합니다. 두 가지 가장 큰 과제는 시편 속성이 변경됨에 따라 테스트 시스템의 제어 시스템(튜닝)을 유지하고 시편 온도를 예상 값으로 균일하게 유지하는 것입니다.
그동안의 엔지니어는 DMA 테스트의 과제를 어떻게 해결 했습니까?
DMA 테스트의 과제는 테스트 머신 유형 및 테스트 요구 사항에 따라 다양한 수준으로 해결되었습니다. 응용 분야로서의 동적 기계 분석은 주로 재료 과학자가 사용하는 화학 연구 도구를 넘어서 엔지니어가 사용하는 점점 더 중요한 설계 도구가 되고 있습니다. 품질 관리에 사용되는 DMA 기계는 일반적으로 샘플 속성이 범위 내에 있는지 평가하기만 하면 됩니다. 일부 기계는 "블랙박스" 접근 방식을 취하여 기계를 매우 쉽게 작동할 수 있지만 부정확한 DMA 데이터를 생성할 수 있는 잠재적인 문제를 가릴 수 있습니다. 제품 개발자와 엔지니어에게는 이러한 유형의 기계에서 제공하는 것보다 훨씬 더 정확하고 정확한 결과가 필요합니다.
제품 개발자와 엔지니어는 어떻게 데이터 정확성을 극대화할 수 있습니까?
테스트 정확도에 영향을 미칠 수 있는 테스트 시스템의 여러 측면이 있습니다. 좋은 DMA 테스트 시스템은 원치 않는 공진이 데이터에 영향을 미치지 않도록 매우 견고해야 합니다. 또한 강력한 제어 시스템이 있어야 하고 하중과 변위를 정확하게 측정할 수 있어야 하며, 이러한 모든 특성을 최대한 활용할 수 있는 강력한 소프트웨어가 있어야 합니다.
시스템의 측정 정확도를 검증하는 것도 중요합니다. 예를 들어, 모든 MTS Acumen 테스트 시스템은 출고되기 전에 동적 표준을 사용하여 동적 측정 사양을 충족하도록 테스트됩니다. 기계가 고객 사이트에 설치되면 기계가 정확한 데이터를 생성하는지 확인하기 위해 설치가 끝날 때 동적 정확도에 대한 검증이 수행됩니다. 모든 Acumen DMA 시스템에는 기본적으로 동적 표준이 포함되어 있으므로 고객은 원하는 대로 동적 정확도 측정을 반복하여 시스템이 여전히 정확한 데이터를 생성하고 있는지 확인할 수 있습니다.
측정 정확도 향상에 대한 필요성을 높이는 것 외에도 설계 엔지니어가 동적 기계 분석 요구 사항에 어떤 영향을 미쳤습니까?
설계에 엘라스토머와 폴리머를 사용하는 엔지니어는 이러한 재료의 강도와 피로 특성도 알아야 합니다. 그러나 DMA 전용 머신은 이러한 유형의 테스트를 수행할 수 없습니다. 엔지니어링 설계 팀은 테스트 기계의 DMA 데이터 이상을 필요로 하기 때문에 여러 시스템 또는 보다 다양한 테스트 시스템에 대한 요구가 증가했습니다.
DMA 테스트를 변경하는 다른 영향이 있습니까?
몇 가지 요인에 의해 더 큰 시편 크기를 지향하는 경향이 있습니다. 첫 번째는 자동차, 항공 우주 및 건설 산업에서 복합 재료 사용이 증가하고 있다는 것입니다. 또한 복합 재료 및 충전 폴리머의 경우 재료의 단면이 통계적으로 대표되는 구조를 갖도록 더 큰 크기의 샘플이 필요합니다. 마지막으로 점탄성 특성 측정은 시편 크기에 민감할 수 있으므로 최종 사용 구성요소와 매우 유사한 재료 샘플을 테스트하는 것이 이상적입니다.
더 큰 시편 크기에 대한 추세가 DMA 테스트에 어떤 영향을 미쳤습니까?
더 큰 시편 크기의 주요 영향은 더 크고 더 강력한 기계가 필요하다는 것입니다. 이전의 DMA 기계는 몇 파운드(30뉴턴 미만)의 힘만 가할 수 있었습니다. 더 큰 시편은 수백, 때로는 수천 뉴턴의 힘이 필요할 수 있습니다.
점탄성 특성화의 미래, 특히 DMA 테스트에 대해 어떤 예측이 있습니까?
여러 유형의 테스트에 대한 필요성과 더 큰 시편을 테스트하려는 추세는 DMA 응용 분야를 포함하여 점탄성 테스트를 위한 다용도 기계의 증가를 이끌 것입니다. 그러나 모든 소재 테스트 시스템이 DMA 시스템으로 분류될 수 있는 것은 아닙니다. DMA에 적합한 것으로 판매되는 일부 기계는 중요한 정확도 요구 사항을 무시하고 결과만 보고합니다. 일부 제조업체는 단순히 피로 측정 시험기에 계산을 추가한 다음 이를 DMA 기계라고 부릅니다. 일반적으로 다용도 기계에는 상당한 수의 절충이 필요하지만 MTS Acumen 테스트 시스템과 같은 일부는 DMA, 단조 및 피로 측정 테스트에 대한 정확한 결과를 제공하도록 장착되어 테스트 실험실에서 전례없는 수준의 다용성을 허용합니다.
