Scheurkracht: Wat Het Is, Hoe Het Verbonden Is Met 3D Printen, En Hoe Te Meten

Scheurkracht is de capaciteit van een materiaal om falen te weerstaan loodrecht op de toegepaste spanning. Dit wordt doorgaans getest door de kracht te meten die vereist is om een scheur te initiëren, terwijl die kracht wordt toegepast op een onbegrensd gebied dicht bij een klem die de materiaalkant vasthoudt.

In 3D printen helpt scheurkracht de structurele sterktvoordelen van bepaalde methoden van 3D print constructie te definiëren. Dit is met name relevant voor anisotrope constructiemethoden zoals FDM printen. Anisotrope materialen hebben verschillende eigenschappen afhankelijk van de modus en oriëntatie van het materiaal. Dit kan geïnterpreteerd worden als een "graan" vergelijkbaar met hout, waar krachten langs het graan (d.w.z. uitgelijnd met het bouwvlak en de primaire filamente richting) veel beter weerstaan worden dan die welke filamenten van elkaar af trekken.

Scheurkrachtwaarden worden gemeten in newton per mm of pond-kracht per eenheid dikte (lbf/in of N/mm) van het materiaalmonster. Hoewel resultaten van verschillende testopstellingen niet direct vergelijkbaar zijn, vanwege methodologische verschillen. Testrigs bevestigen een deel van de monsterkant in een vast vlak en klemmen een "vrije" kant dicht bij de bevestiging. Dit stelt een belasting toe om loodrecht op het monster te worden toegepast om een scheur te induceren. Sommige tests vereisen monsters met een gladde rand, anderen gebruiken een gespecificeerde V-snede knik als initiator, en anderen gebruiken een gespecificeerde rechte snede voor dit doel. De gemeten waarde is de kracht die vereist is om scheuren alleen te initiëren.

Dit artikel zal de definitie van scheurkracht bespreken, de relatie met 3D printen, de formule en hoe het te meten.

Wat Is Scheurkracht?

Scheurkracht is de weerstand van een materiaal tegen een loodrechte falen. Scheuren is een kritische capaciteit die veel materialen bezitten, en het wordt veroorzaakt door een kracht loodrecht op het vlak van het materiaal. Een toegepaste kracht die de scheurkracht overschrijdt, veroorzaakt een uittredingspunt falen dat het materiaal scheidt langs de lijn van toepassing van de kracht. Scheurkracht is doorgaans nuttig als maat voor het gedrag van niet-brose materialen. Brose materialen scheuren niet maar breken wanneer vervormd. De maat wordt gebruikt om de capaciteit van materialen te definiëren die significant kunnen vervormen vóór falen. Papier heeft een meetbare scheurkracht, terwijl glas dat niet heeft, omdat het een broze falen ondergaat. In termen van nuttige metingen, wordt scheurtesten doorgaans uitgevoerd op bladmaterialen zoals stoffen, papier/karton, flexibele kunststoffen en rubberen.

Hoe Hangt Het Meten Van Scheurkracht Samen Met 3D Printen?

Het meten van scheurkracht hangt samen met 3D printen in dat begrip van de scheurweerstandseigenschappen van de verschillende 3D print technologieën en de oriëntatie van het onderdeel helpt om prototypes te maken die nuttig zijn voor actieve krachttesten in plaats van slechts voor pasvorm en vorm. De selectie van proces, materiaaltype en bouworiëntatie kunnen kritieke factoren zijn in het bepalen van de geschiktheid van een 3D-geprint onderdeel voor het beoogde doel.

Onderdelen die moeten buigen of buigen weerstaan, herhalende belastingcycli ondergaan en complexe belastingsscenario's ondergaan, moeten gemaakt worden door een proces dat de vereiste prestaties levert. Waar flexibiliteit vereist is, zal een basis SLA onderdeel direct tenderen te breken. Een FDM-geprint onderdeel, aan de andere kant, dat zo is gebouwd dat de filamente richting ligt langs de lijn van buigen (in plaats van er dwars of doorheen) zal beter presteren. Voor meer informatie, zie onze gids over 3D Printen.

Wat Is De Formule Voor Scheurkracht?

De formule voor scheurkracht is:

Scheurkracht = F/t

Of de scheur nu vooraf geïnitieerd is met een V-knik of I-snede, of de rand glad en onbeschadigd is, een kracht zal worden gemeten die de scheur initieert. Die kracht (in N of lbf) wordt vervolgens gedeeld door de monsterdikte (in mm of inches) om een gestandaardiseerde maat van kracht/eenheid dikte te leveren.

Wat Is De Eenheid Die Gebruikt Wordt Voor Scheurkracht?

Scheurkracht wordt gemeten in newton per mm of pond-kracht per inch (N/mm of lbf/inch).

Hoe Te Testen Scheurkracht?

Testen van scheurkracht wordt doorgaans uitgevoerd in een trektestrig. Een monster wordt bevestigd aan de bovenste en onderste kaken van de testmachine. Het is georiënteerd zodanig dat de spanning wordt toegepast als een scheerbeweging. Het meest voorkomende formaat gebruikt de passend benoemde broektest. De "pijpen" of een broekvorm worden in een vlak geklemd en getrokken alsof gedragen tijdens een splits houding. Falen treedt op op het punt waar de "pijpen" van de broek samenkomen. Dit rekken of vervormen de materiaalkant in een verplaatste lijn (wanneer geladen tot minder dan het scheurpunt). Kracht wordt dan in stappen verhoogd tot scheuren begint bij de spanningsconcentrator.

Drie vormen van randvoorbereiding worden gemaakt: een V-knik of I-knik om als initiator te fungeren, of de rand is glad en vormt een onbeschadigde curve waar de "pijpen" van het monster samenkomen. Deze tests zijn niet noodzakelijk vergelijkbaar met elkaar. De initiator zal waarschijnlijk resulteren in een veel lagere scheurkracht dan van anderszins identieke monsters. De spanningsconcentratie treedt op bij veel lagere rek (uitrekking/verplaatsing) niveaus.

Scheurkracht testen wordt daarom beschouwd als een kwalitatieve test om falenmodus te demonstreren in plaats van een waarde vergelijkende test om precieze vergelijkingen van verschillende materialen toe te laten. Het kan gebruikt worden voor kwalitatieve vergelijking van de krachtveerkracht van identiek gevormde/geteste materiaalmonsters. Echter, kwantitatieve maten in testmonsters zullen waarschijnlijk alleen kwalitatief informeren over falenrisico's in realistische omstandigheden, waar belastingstoepassingen zelden zo vereenvoudigd/ideaal zijn als in een testlaboratorium.

Hoe Te Meten Scheurkracht?

Bij het uitvoeren van een test, worden of gewicht of verplaatsing en een krachtmeetmodule toegepast op de bewegende klem. De kracht waarbij scheuren geïnitieerd wordt is de resulterende testmeting. Monstervormen en initiatieve sneden variëren, maar alle monsters zijn zo gerangschikt dat een eenvoudige trekkingbelasting een scheurkracht toepast op een vooraf bepaald punt in het monster.

Wat Zijn De Standaarden Van ASTM International Om De Scheurkracht Van Verschillende Materialen Te Meten?

ASTM D264 is de VS teststandaard voor scheurweerstand, en het specificeert vijf monstertypen: A (sichelvormig, mes geknikt), B (Winkelmann), C (Graves), T (Broek scheur)/ASTM D470, en CP (Beperkte pad broek scheur). Voor test monstertypen A, B, of C, is de gemeten waarde van scheurkracht simpelweg kracht (om scheur te initiëren) gedeeld door monsterdikte. Voor monstertypen T of CP, is de gemeten waarde de gemiddelde of mediaan kracht toegepast aan de curve gedeeld door de monsterdikte.

ISO 34-1 is direct vergelijkbaar in principe maar verschilt in een aantal cruciale details die de twee teststandaarden erg moeilijk direct te vergelijken maken, zelfs voor identieke materialen.

Om meer te leren, zie onze complete gids over ASTM International.

Wat Zijn Voorbeelden Van Scheurkracht Van Verschillende Materialen?

1. Scheurkracht Van Stof

Stoffen zijn materialen geproduceerd door samen te vachten materialen zoals wol, nylon en katoen. Katoen stoffen variëren wijd in scheurkracht afhankelijk van het basismateriaal en de toegepaste kracht.

2. Scheurkracht Van Rubber

De waarden voor diverse rubbermaterialen zijn: natuurlijk rubber (23.95 +/-1.85 kN/m), nitril rubber (9.14 +/-1.54 kN/m), styreen-butadieen rubber (4.88 +/-0.47 kN/m), en EPDM rubber (7.27 +/-0.86 kN/m).

3. Scheurkracht Van Plastic

De scheurkrachtwaarden voor plastics variëren, afhankelijk van de rekoriëntatie, polymere eigenschapsvariaties en de wijd beschikbaarheid van polymertypes. Resultaten zijn meestal alleen van belang in filmmaterialen die onderworpen zullen zijn aan productie- of gebruiksspanning. Polymere films worden ook getend getest met ASTM D1922, de Elmendorf scheurkracht test (resultaten in grammen). Bijvoorbeeld, een modale HDPE heeft een Elmendorf scheurkracht van 120g MD (machine richting) en 24g TD (dwarsrichting). LDPE, aan de andere kant, heeft een Elmendorf scheurkracht van 320g MD en 170g TD.

Wat Zijn De Typen Materialen Met Hoge Scheurweerstand?

In stoffen hebben synthetische vezels hogere scheurweerstand. Kevlar® en nylon zijn goede voorbeelden van extreme scheurveerkracht in flexibele vezels. Parachutematerialen zijn gemaakt van fijn geweven nylon vanwege de ernstige gevolgen van catastrofaal falen. Militair lichaamspantser en motorpantser zijn doorgaans Kevlar®, waarin de combinatie van lage elasticiteit en enorme trekkrachtweerstand zorgen voor meer rigide maar zware stoffen.

In elastomeren komt de hoogste scheurveerkracht van natuurlijke rubberen en verbindingen die ze bevatten. Dit is het resultaat van de zeer hoge rek bij breuk van natuurlijk (gevulkaniseerd) rubber. Echter, de balans van eigenschappen favoriseert synthetische rubberen in veel toepassingen, die doorgaans stijver en duurzamer zijn.

Wat Zijn De Typen Materialen Met Lage Scheurweerstand?

Enkele voorbeelden van materialen met lage scheurweerstand zijn: papier, PVC films, thermoplastische rubberen, siliconen rubberen en natuurlijke-vezel stoffen.

Wat Is Scheur-Opgave Ratio?

De scheur-opgave ratio is een maat voor de capaciteit die een materiaal toont in elastische en plastische vervorming vóór scheuren. Bijvoorbeeld, materialen die elastisch vervormen onder belasting zullen herstellen wanneer de belasting wordt verwijderd. Als de elastische grens wordt overschreden, en plastische vervorming treedt op, zal er enige herstel zijn bij ontlasting. Als het materiaal snel scheurt na het bereiken van de opgavepunt, zal herstel niet mogelijk zijn. Een hoge scheur-opgave ratio duidt op een materiaal dat geneigd is tot falen wanneer overbelast in een scheurmodus.

Wat Is De Gemiddelde Scheurkracht Meting Goed Voor 3D Printen?

De gemiddelde scheurkracht meting die als goed wordt beschouwd in 3D printen hangt af van de toepassing. De absolute scheurveerkracht van het native materiaal dat in de print wordt gebruikt, kan de gebruiker helpen de geselecteerde printtechnologie en materiaal te beoordelen. Veel 3D geprint materialen zijn zowel relatief zwak als bros. De scheurkracht kan helpen bij het begrijpen van het materiaalgedrag onder belasting. De relatieve scheurkrachten van modellen gebouwd in een verscheidenheid aan machine oriëntaties kunnen significant variëren. Waar de scheurdreiging loopt langs een primaire graanrichting, zal het materiaal zwak zijn. In dunne-sectie FDM, bijvoorbeeld, zijn de filamenten sterker langs hun lengte dan ze zijn op 90° aan die as. Het selecteren van de optimale bouworiëntatie kan een significant effect hebben op functionele eigenschappen.