Изпитване за огъване и набръчкване на материали, особено картон и гофриран картон

Напрежението на извиване се отнася до критичното напрежение на натиск, при което конструктивен елемент (като колона, плоча, обвивка или панел) внезапно губи своята стабилност и се деформира (извива) странично, вместо да продължи да се свива аксиално. Този режим на разрушаване често се случва при нива на напрежение, доста под границата на провлачване или якостта на натиск на материала, особено в тънки или тънкостенни конструкции.

При тънки листове или панели (често използвани в опаковъчни материали), това включва отклонение извън равнината при извиване, натиск, огъване или комбинирани товари.

Тестът за гънки оценява способността на материала (особено картона или велпапето) да образува контролирана, издръжлива линия на сгъване без напукване или прекомерни повреди. Гънките създават умишлена линия на слабост за сгъване в опаковки (напр. кутии, картонени опаковки). Основните тестове са:

• Измерване на твърдостта на бръчките или силата на възстановяване (напр. силата, при която се задържа бръчка от 90 градуса или огъване от 15 градуса).
• „BS 6965-1 Свойства на сгъване на картонени листове - Метод за определяне на възстановяването на сгъване при сгъване на 90 градуса“.

Бръчките създават локализирани слабости, геометрични дефекти или намалена твърдост в компресирани панели или кутии, което може да предизвика или да допринесе за огъване.

При опаковките от гофриран картон, гънки се образуват по ръбовете и капаците на кутиите (напр. обикновени гофрирани контейнери). Тези гънки действат като начални дефекти или линии на панти, намалявайки критичното натоварване на огъване на страничните панели при натиск отгоре надолу.

Проучвания, проведени върху гофриран картон, показват следното:

• Панелите се огъват в постеластичния диапазон поради ортотропните свойства (различна коравина в механична и напречна посока).
• Бръчките създават несигурност в товароносимостта, като намаляват локалната огъваща коравина и насърчават по-ранно изкълчване или последващо изкривяване.
• Особено от вдлъбнатата страна по време на огъване или натиск, локалното извиване на облицовките (повърхностите) обикновено се случва преди глобалното разрушаване.

Експерименталните тестове за компресия на панели разкриват криви на натоварване-преместване, показващи ясно изразено поведение на огъване: първоначално линеен отговор, последван от нелинейно поведение след огъване до разрушаване на материала.

Аналоговите (традиционни, базирани на матрици) и цифровите методи на сгъване влияят на резултатите:

• Дигиталното сгъване може да промени якостта на смачкване на ръбовете, твърдостта на срязване, твърдостта на огъване и общата якост на натиск на кутията.
• Допълнителните или лошо конструирани гънки насърчават извиването, което значително намалява якостта на натиск.

В подробно проучване, проведено върху гофрирани панели:

• Аналитичните модели оценяват критичното натоварване на огъване на приблизително 958 N, докато експериментите показват приблизително 814 N (поради дефекти като сгъване и нелинейно поведение на хартията).
• Поведението след огъване е адаптирано към кривите, а повредата обикновено е резултат от достигане на границите на напрежението във вътрешната облицовка.

Качеството на сгъване е свързано и с разделянето на слоевете по време на сгъване, което позволява поведение, подобно на слоесто извиване, в областта на сгъване.

Често срещани тестове, които свързват гънките и бръчките в опаковките, включват:

• Тест за смачкване на ръбове: Измерва якостта на натиск, перпендикулярна на каналите; влияе се на бръчките.
• Тест за компресия на кутия: Оценява пълното огъване на кутията под товар; гънките намаляват капацитета.
• Тестове за огъване на панели: Тези тестове компресират просто поддържани, жлебовани панели, за да се изследват ефектите от навяхвания и гънки.
• Тестове за възстановяване/твърдост след гънки: Измерват качеството на сгъване и косвено влияят върху устойчивостта на огъване.

Взаимодействията между огъване и набръчкване също са важни при автомобилните покрития. Например, изпитването за напрежение/набръчкване при огъване съгласно някои стандарти, като например стандартните варианти „EN 4214 Aviation series - Aluminum alloy AL-P7010-T651“ за адхезия при деформация.

Като цяло, разбирането на напрежението при огъване помага за прогнозиране на характеристиките на опаковката, докато тестването за набръчкване осигурява надеждно сгъване. Слабото набръчкване ускорява повредата при огъване при реално подреждане/боравене и намалява здравината на кутията, като насърчава огъването на панела или локалния дисбаланс на облицовката.

Тестването за извиване при натиск е изключително важно, защото извиването е много опасен и коварен вид нараняване.

• Това се случва внезапно.
• Това се случва при напрежение, много по-ниско от нормалната якост на материала (граница на провлачване / якост на смачкване).
• След като започне извиването, конструкцията много бързо губи почти цялата си носеща способност.
• Дори много малко допълнително натоварване след огъване може да доведе до голяма, непредсказуема деформация.

Най-важните причини за провеждане на тестове за навяхвания са следните:

• Безопасността предотвратява катастрофални внезапни срутвания. Ако се пренебрегне, реалните последици са срутване на сгради, мостове, кули, кранове и стелажи. Типични области, където това е от решаващо значение, са гражданското и строителното инженерство.
• Разрушаването настъпва много по-рано от очакваното. Ако се игнорира, реалните последици са, че колоната се счупва при 20-40% от якостта на материала си. Типични области, където това е критично, са колони, опори, тънки стени и панели.
• Анализът на нормалното напрежение не може да открие изкълчване. Ако бъдат игнорирани, реалните последици – линеен статичен анализ, показващ много малко отклонение – пак ще доведат до изкълчване. Типични области, където това е критично, са практически всеки тънък компресионен елемент.
• Има много малко предупредителни знаци преди повреда. Ако бъдат игнорирани, реалните последици са, че няма да има голяма трайна деформация преди срутване. Типични области, където това е критично, са аерокосмическата индустрия, автомобилните шасита и складовите стелажи.
• Това е изключително важно за тънки, дълги и високи конструкции. Ако се пренебрегне, реалните последици са, че колкото по-дълга, по-тънка и по-висока е конструкцията, толкова по-опасна става тя. Типични области, където това е критично, включват кули, мачти, дълги стрели, тънки обвивки и плочи.
• Това е от решаващо значение при опаковането (особено при кутиите). Ако се пренебрегне, реалните последици са, че кутиите се срутват по време на подреждането и продуктите се повредят. Типични области, където това е от решаващо значение, включват кутии от гофриран картон, подреждане на палети и опаковки, готови за рафтове.
• Това спестява значителна сума пари. Пренебрегването му би имало реални последици, предотвратявайки както прекалено, така и недостатъчно проектиране. Типични области, където това е от решаващо значение, са всички сектори (авиация, автомобилостроене, опаковане, строителство).

В продължение на много години нашата организация, със своя компетентен и опитен екип, разбира нуждите на своите клиенти, предоставяйки им необходимите съвременни услуги за тестване и съдействайки за установяването, внедряването и подобряването на системите за управление. В тази рамка, ние също така предоставяме услуги за изпитване на огъване и извиване на фирмите.