Een geval van interne observatie met behulp van X-ray CT, gericht op het ontdekken van het trillingsdempingsmechanisme – BIOENGINEER.ORG

Credit: COPYRIGHT (C) TOYOHASHI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY. ALLE RECHTEN VOORBEHOUDEN.

Overzicht

Het onderzoeksteam gevormd door de afdeling Werktuigbouwkunde van de Toyohashi University of Technology, professor Asahiro Nagatani van het Hyogo Prefectural Institute of Technology (momenteel het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology), en professoren Nobuyoshi Tsujiuchi en Akihito Ito van de Science and Engineering Afdeling van Doshisha University ontdekte door gebruik te maken van de synchrotronstraling X-ray computertomografie (CT) dat de verbeterde trillingsdemping van rubbermaterialen geassocieerd met de samenstelling van fijne deeltjes gerelateerd is aan het vervormingsgedrag van de microstructuur. Ze ontdekten dat het tegelijkertijd uitvoeren van vervormingsevaluaties op macroschaal (in de orde van mm) en op microschaal (ruimteresolutie bij gebruik van de röntgen-CT: 500 nm) de interne niet-uniforme vervorming van een materiaal in de schaal van enkele tientallen mm. De resultaten van het onderzoek zijn op 9 mei 2022 online gepubliceerd in Polymeer testen.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142941822001490

Details

Voor machineconstructies is het van essentieel belang dat trillingen en geluiden naar behoren worden beheerst om prestaties en veilige werking te garanderen. Er zijn veel gevallen waarin ontwerplimieten en bedrijfslimieten worden bepaald door dempingseigenschappen, die de hoeveelheid trillingen regelen. Over het algemeen wordt energieverlies veroorzaakt door de vervorming van rubber (een bepalende factor bij trillingsdemping) beschreven als een verlies veroorzaakt door de verandering van de rangschikking van de vulstofdeeltjes die in het polymeer zijn gemengd (pijneffect). Als experimentele regel van macromechanische eigenschappen wordt aangenomen dat de belangrijkste controlefactoren de diffusie, het grensvlak en de oriëntatie van het vulmiddel zijn. Er zijn echter nog geen technologieën ontwikkeld die dempingseigenschappen voorspellen op basis van deze belangrijkste controlefactoren. Een van de redenen is de moeilijkheid om driedimensionale structuren waar te nemen.

Transmissie-elektronenmicrotomografie (TEMT) en röntgencomputertomografie zijn methoden voor het observeren van de driedimensionale structuur van een materiaal met een hoog polymeergehalte. TEMT vereist dat de dikte van een monster enkele honderden nm is, en een probleem daarmee is dat het de neiging heeft om artefacten (valse beelden) te genereren. Het is moeilijk om beeldcontrast te verkrijgen in röntgen-CT, en er zijn minder gevallen van toepassing voor polymeermaterialen in vergelijking met TEMT. Bovendien is bij het onderzoeken van rubbermaterialen een ander probleem van röntgen-CT dat de fysieke eigenschappen van het monster veranderen als gevolg van een uithardingsreactie als gevolg van blootstelling aan röntgenstraling. Omdat de gevoeligheid van beeldsensoren en hogesnelheidsradiografische technologieën de afgelopen jaren geleidelijk is verbeterd, is het nu mogelijk om CT-beelden met contrast te maken met alleen kortdurende röntgenstralingsblootstelling.

Daarom gebruikte het onderzoeksteam een ​​synchrotron-stralingsfaciliteit om micro-röntgen-CT uit te voeren van met fijne deeltjes gevulde rubbermaterialen in een klein vervormingsveld. Ze ontwikkelden een compacte trekbank die op röntgen-CT-machines kan worden gemonteerd en evalueerden ook het vervormingsgedrag op macroschaal met behulp van de trekproef. Op basis van het evaluatieresultaat op macroschaal ontdekten ze dat in het vervormingsgebied dat kan worden beoordeeld als een elastisch vervormingsgebied, vervorming op microschaal niet-uniform werd afhankelijk van de hoeveelheid verandering.

Ontwikkelingsachtergrond

In het trillingsveld is de dempingseigenschap een parameter die wordt waargenomen onder dynamische omstandigheden. Aan de andere kant, vanuit het oogpunt van materiaalontwikkeling, moet de dempingseigenschap worden bepaald op het moment dat de constructie wordt bepaald. Daarom verwachtten ze dat zelfs een statische vervorming een verschil zou maken en probeerden ze het te meten met behulp van de micro-röntgen-CT.

Toekomstblik

Momenteel probeert het onderzoeksteam dynamische röntgen-CT uit te voeren. Ze verwachten dat dit het vervormingsgedrag van een interne structuur op mesoschaal en de relatie tussen de controlefactoren die verband houden met een vulmiddel en zijn dempende eigenschappen, zal verduidelijken.

Referentie

M.Matsubara, S.Teramoto, T.Komatsu, S.Furuta, M. Kobayashi, S. Kawamura, A. Nagatani, N.Tsujiuchi, A.Ito (2022). Driedimensionale spanningsevaluatie van met korte vezels versterkt natuurlijk rubber met behulp van microröntgencomputertomografie.

Polymeer testenhttps://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142941822001490.

Dit onderzoek is uitgevoerd met Grants-in-Aid for Scientific Research van de Japan Society for the Promotion of Science (JP16K18041, JP18K13715) en ondersteund door het Support Program for Formation of Strategic Research Infrastructure for Private Universities (2013 tot 2017, Doshisha University) . We spreken onze dank aan hen uit.


Leave a Comment