¿Por qué hay un interés creciente en las pruebas viscoelásticas?
Los automóviles, aviones, dispositivos médicos y productos de consumo utilizan cada vez más polímeros y materiales compuestos en sus diseños. Con el uso creciente de componentes estructurales hechos de polímeros y compuestos, la comprensión de las propiedades viscoelásticas de estos materiales se vuelve fundamental. Los elastómeros y los polímeros presentan un importante comportamiento viscoso que los investigadores y diseñadores deben comprender para asegurarse de que el material es adecuado para su uso previsto.
En la actualidad, las herramientas de análisis por elementos finitos (AEF) utilizan información sobre las propiedades viscoelásticas de los materiales para predecir con mayor precisión el comportamiento de los diseños que contienen estos polímeros o elastómeros. Por ejemplo, el uso ampliado de los compuestos de matriz polimérica (comúnmente conocidos como fibra de carbono o plástico reforzado con fibra de carbono) requiere un amplio análisis mecánico dinámico del componente de polímero para predecir cómo se repartirá la tensión entre la matriz de polímero y las fibras de refuerzo.
¿Cuál es una aplicación de prueba típica para la caracterización viscoelástica?
El análisis mecánico dinámico (DMA) es una forma común de medir el comportamiento elástico (resorte) y viscoso (amortiguación) de materiales y componentes. Esta medición se logra sometiendo la probeta de prueba a una tensión (o deformación) cíclica controlada y midiendo la fuerza y el desplazamiento y su relación de fase.
La prueba de DMA puede ser tan simple como una prueba en una sola frecuencia a temperatura ambiente para medir la rigidez dinámica (K*), la rigidez elástica (K'), y/o la pérdida de rigidez (K”) de un componente o material. El DMA también puede ser muy complicado con barridos de frecuencia de excitación, estrés, deformación y temperatura, incluido el anidamiento de dichos barridos para usar un método de análisis llamado Superposición de temperatura/tiempo (TTS). El TTS se puede utilizar para predecir el comportamiento de un material a temperaturas y frecuencias que no son factibles de probar en la práctica.
¿Cuáles son algunos de los retos con las pruebas de DMA?
Las pruebas DMA tienen un reto principal, que es saber si los datos que se han recopilado son precisos. Ese problema no es exclusivo de las pruebas de DMA, pero la precisión de los datos es especialmente difícil de lograr con materiales viscoelásticos. Es difícil saber si los datos son precisos porque los elastómeros y polímeros son muy sensibles a muchos factores diferentes, incluido el procesamiento de fabricación, el envejecimiento, la temperatura, la composición (diferentes lotes de materiales), la precarga. stress/strain y la tensión/deformación cíclica. Debido a estas variables, a veces es difícil saber si los datos inesperados se deben a una muestra incorrecta, un protocolo de prueba incorrecto o si el equipo produce resultados inexactos.
La variación de temperaturas durante el análisis mecánico dinámico genera otro conjunto de retos. Los dos mayores retos son mantener el sistema de control (ajuste) del sistema de prueba a medida que cambian las propiedades de la probeta y garantizar que la temperatura de la probeta sea uniforme y en el valor esperado.
Hasta ahora, ¿cómo han abordado los ingenieros los retos de las pruebas de DMA?
Los retos de las pruebas de DMA se han abordado en diversos grados según el tipo de equipo de prueba y los requisitos de la prueba. El Análisis Mecánico Dinámico como aplicación se está expandiendo más allá de una herramienta de investigación química utilizada principalmente por científicos de materiales, para convertirse en una herramienta de diseño cada vez más importante utilizada por ingenieros. Los equipos DMA que se utilizan para el control de calidad normalmente solo necesitan evaluar si las propiedades de la muestra están dentro de un rango. Algunos equipos adoptan el enfoque de "caja negra", que hace que el equipo sea muy fácil de operar, pero puede enmascarar los problemas potenciales que pueden generar datos de DMA inexactos. Los desarrolladores de productos y los ingenieros necesitan resultados mucho más precisos y exactos que los que proporciona este tipo de equipo.
¿Cómo pueden los desarrolladores e ingenieros de productos maximizar la precisión de los datos?
Hay muchos aspectos del sistema de prueba que pueden influir en la precisión de la prueba. Un buen sistema de prueba de DMA debe ser muy rígido para evitar que las resonancias no deseadas afecten a los datos. También debe tener un sistema de control robusto, poder medir con precisión fuerzas y desplazamientos y tener un software potente para aprovechar al máximo todas estas características.
Además, es importante validar la precisión de la medición de un sistema. Por ejemplo, cada sistema de prueba MTS Acumen se somete a pruebas para cumplir la especificación de medición dinámica con un estándar dinámico antes de salir de la fábrica. Esa verificación de la precisión dinámica se realiza al final de la instalación para garantizar que el equipo produzca datos precisos una vez que se instala en el sitio del cliente. Como todos los sistemas Acumen DMA incluyen el estándar dinámico de forma predeterminada, el cliente puede repetir la medición de precisión dinámica como desee para verificar que el sistema sigue produciendo datos precisos.
Además de aumentar la necesidad de una mayor precisión en las mediciones, ¿cómo han influido los ingenieros de diseño en los requisitos del Análisis Mecánico Dinámico (DMA)?
Los ingenieros que utilizan elastómeros y polímeros en sus diseños también necesitarán conocer las propiedades de resistencia y fatiga de dichos materiales. Sin embargo, los equipos dedicados exclusivamente a DMA no son capaces de realizar este tipo de pruebas. Como los equipos de diseño de ingeniería necesitan algo más que los datos de DMA de su equipo de pruebas, ha aumentado la necesidad de disponer de varios sistemas o de un sistema de pruebas más versátil.
¿Hay otras influencias que están cambiando las pruebas de DMA?
La tendencia a aumentar el tamaño de las probetas se debe a varios factores. El primero es el uso cada vez mayor de materiales compuestos en las industrias automotriz, aeroespacial y de la construcción. Además, en el caso de los materiales compuestos y los polímeros rellenos, se necesitan muestras de mayor tamaño para que la sección transversal de los materiales tenga una estructura estadísticamente representativa. Por último, las mediciones de las propiedades viscoelásticas pueden ser sensibles al tamaño de la muestra, por lo que es ideal probar muestras de material que se parezcan mucho al componente de uso final.
¿Cómo ha afectado la tendencia con respecto a tamaños de probetas más grandes para las pruebas de DMA?
El impacto principal de los tamaños de probetas más grandes es la necesidad de equipos más grandes y potentes. Las máquinas DMA de antes solo eran capaces de aplicar unas pocas libras (~30 newtons) de fuerza. Las probetas más grandes pueden requerir cientos, a veces incluso miles de Newtons de fuerza.
¿Qué predicciones tiene para el futuro de la caracterización viscoelástica y específicamente para las pruebas de DMA?
Tanto la necesidad de múltiples tipos de pruebas como la tendencia a probar probetas más grandes impulsarán el incremento de máquinas multiuso para pruebas viscoelásticas, incluso para aplicaciones de DMA. Sin embargo, no todos los sistemas de prueba de materiales pueden clasificarse como un sistema DMA. Algunos equipos que se comercializan como adecuados para DMA, pasan por alto los requisitos críticos de precisión y solo informan los resultados. Algunos fabricantes se limitan a añadir cálculos a un equipo de prueba de fatiga y lo denominan máquina DMA. Normalmente, los equipos multiuso requieren un número importante de compromisos, pero algunos, como el sistema de pruebas MTS Acumen, están equipados para proporcionar resultados precisos para pruebas DMA, monotónicas y de fatiga, lo que permite un nivel de versatilidad sin precedentes para un laboratorio de pruebas.
Los automóviles, aviones, dispositivos médicos y productos de consumo utilizan cada vez más polímeros y materiales compuestos en sus diseños. Con el uso creciente de componentes estructurales hechos de polímeros y compuestos, la comprensión de las propiedades viscoelásticas de estos materiales se vuelve fundamental. Los elastómeros y los polímeros presentan un importante comportamiento viscoso que los investigadores y diseñadores deben comprender para asegurarse de que el material es adecuado para su uso previsto.
En la actualidad, las herramientas de análisis por elementos finitos (AEF) utilizan información sobre las propiedades viscoelásticas de los materiales para predecir con mayor precisión el comportamiento de los diseños que contienen estos polímeros o elastómeros. Por ejemplo, el uso ampliado de los compuestos de matriz polimérica (comúnmente conocidos como fibra de carbono o plástico reforzado con fibra de carbono) requiere un amplio análisis mecánico dinámico del componente de polímero para predecir cómo se repartirá la tensión entre la matriz de polímero y las fibras de refuerzo.
¿Cuál es una aplicación de prueba típica para la caracterización viscoelástica?
El análisis mecánico dinámico (DMA) es una forma común de medir el comportamiento elástico (resorte) y viscoso (amortiguación) de materiales y componentes. Esta medición se logra sometiendo la probeta de prueba a una tensión (o deformación) cíclica controlada y midiendo la fuerza y el desplazamiento y su relación de fase.
La prueba de DMA puede ser tan simple como una prueba en una sola frecuencia a temperatura ambiente para medir la rigidez dinámica (K*), la rigidez elástica (K'), y/o la pérdida de rigidez (K”) de un componente o material. El DMA también puede ser muy complicado con barridos de frecuencia de excitación, estrés, deformación y temperatura, incluido el anidamiento de dichos barridos para usar un método de análisis llamado Superposición de temperatura/tiempo (TTS). El TTS se puede utilizar para predecir el comportamiento de un material a temperaturas y frecuencias que no son factibles de probar en la práctica.
¿Cuáles son algunos de los retos con las pruebas de DMA?
Las pruebas DMA tienen un reto principal, que es saber si los datos que se han recopilado son precisos. Ese problema no es exclusivo de las pruebas de DMA, pero la precisión de los datos es especialmente difícil de lograr con materiales viscoelásticos. Es difícil saber si los datos son precisos porque los elastómeros y polímeros son muy sensibles a muchos factores diferentes, incluido el procesamiento de fabricación, el envejecimiento, la temperatura, la composición (diferentes lotes de materiales), la precarga. stress/strain y la tensión/deformación cíclica. Debido a estas variables, a veces es difícil saber si los datos inesperados se deben a una muestra incorrecta, un protocolo de prueba incorrecto o si el equipo produce resultados inexactos.
La variación de temperaturas durante el análisis mecánico dinámico genera otro conjunto de retos. Los dos mayores retos son mantener el sistema de control (ajuste) del sistema de prueba a medida que cambian las propiedades de la probeta y garantizar que la temperatura de la probeta sea uniforme y en el valor esperado.
Hasta ahora, ¿cómo han abordado los ingenieros los retos de las pruebas de DMA?
Los retos de las pruebas de DMA se han abordado en diversos grados según el tipo de equipo de prueba y los requisitos de la prueba. El Análisis Mecánico Dinámico como aplicación se está expandiendo más allá de una herramienta de investigación química utilizada principalmente por científicos de materiales, para convertirse en una herramienta de diseño cada vez más importante utilizada por ingenieros. Los equipos DMA que se utilizan para el control de calidad normalmente solo necesitan evaluar si las propiedades de la muestra están dentro de un rango. Algunos equipos adoptan el enfoque de "caja negra", que hace que el equipo sea muy fácil de operar, pero puede enmascarar los problemas potenciales que pueden generar datos de DMA inexactos. Los desarrolladores de productos y los ingenieros necesitan resultados mucho más precisos y exactos que los que proporciona este tipo de equipo.
¿Cómo pueden los desarrolladores e ingenieros de productos maximizar la precisión de los datos?
Hay muchos aspectos del sistema de prueba que pueden influir en la precisión de la prueba. Un buen sistema de prueba de DMA debe ser muy rígido para evitar que las resonancias no deseadas afecten a los datos. También debe tener un sistema de control robusto, poder medir con precisión fuerzas y desplazamientos y tener un software potente para aprovechar al máximo todas estas características.
Además, es importante validar la precisión de la medición de un sistema. Por ejemplo, cada sistema de prueba MTS Acumen se somete a pruebas para cumplir la especificación de medición dinámica con un estándar dinámico antes de salir de la fábrica. Esa verificación de la precisión dinámica se realiza al final de la instalación para garantizar que el equipo produzca datos precisos una vez que se instala en el sitio del cliente. Como todos los sistemas Acumen DMA incluyen el estándar dinámico de forma predeterminada, el cliente puede repetir la medición de precisión dinámica como desee para verificar que el sistema sigue produciendo datos precisos.
Además de aumentar la necesidad de una mayor precisión en las mediciones, ¿cómo han influido los ingenieros de diseño en los requisitos del Análisis Mecánico Dinámico (DMA)?
Los ingenieros que utilizan elastómeros y polímeros en sus diseños también necesitarán conocer las propiedades de resistencia y fatiga de dichos materiales. Sin embargo, los equipos dedicados exclusivamente a DMA no son capaces de realizar este tipo de pruebas. Como los equipos de diseño de ingeniería necesitan algo más que los datos de DMA de su equipo de pruebas, ha aumentado la necesidad de disponer de varios sistemas o de un sistema de pruebas más versátil.
¿Hay otras influencias que están cambiando las pruebas de DMA?
La tendencia a aumentar el tamaño de las probetas se debe a varios factores. El primero es el uso cada vez mayor de materiales compuestos en las industrias automotriz, aeroespacial y de la construcción. Además, en el caso de los materiales compuestos y los polímeros rellenos, se necesitan muestras de mayor tamaño para que la sección transversal de los materiales tenga una estructura estadísticamente representativa. Por último, las mediciones de las propiedades viscoelásticas pueden ser sensibles al tamaño de la muestra, por lo que es ideal probar muestras de material que se parezcan mucho al componente de uso final.
¿Cómo ha afectado la tendencia con respecto a tamaños de probetas más grandes para las pruebas de DMA?
El impacto principal de los tamaños de probetas más grandes es la necesidad de equipos más grandes y potentes. Las máquinas DMA de antes solo eran capaces de aplicar unas pocas libras (~30 newtons) de fuerza. Las probetas más grandes pueden requerir cientos, a veces incluso miles de Newtons de fuerza.
¿Qué predicciones tiene para el futuro de la caracterización viscoelástica y específicamente para las pruebas de DMA?
Tanto la necesidad de múltiples tipos de pruebas como la tendencia a probar probetas más grandes impulsarán el incremento de máquinas multiuso para pruebas viscoelásticas, incluso para aplicaciones de DMA. Sin embargo, no todos los sistemas de prueba de materiales pueden clasificarse como un sistema DMA. Algunos equipos que se comercializan como adecuados para DMA, pasan por alto los requisitos críticos de precisión y solo informan los resultados. Algunos fabricantes se limitan a añadir cálculos a un equipo de prueba de fatiga y lo denominan máquina DMA. Normalmente, los equipos multiuso requieren un número importante de compromisos, pero algunos, como el sistema de pruebas MTS Acumen, están equipados para proporcionar resultados precisos para pruebas DMA, monotónicas y de fatiga, lo que permite un nivel de versatilidad sin precedentes para un laboratorio de pruebas.
