Испытания материалов на изгиб и образование складок, особенно картона и гофрированного картона.

Критическое напряжение изгиба — это напряжение сжатия, при котором конструктивный элемент (например, колонна, пластина, оболочка или панель) внезапно теряет свою устойчивость и деформируется (изгибается) в поперечном направлении вместо того, чтобы продолжать сжиматься в осевом направлении. Этот вид разрушения часто происходит при уровнях напряжения значительно ниже предела текучести или предела прочности материала на сжатие, особенно в тонкостенных конструкциях.

В тонких листах или панелях (обычно используемых в упаковочных материалах) это связано с отклонением от плоскости под действием изгиба, сжатия, деформации или комбинированных нагрузок.

Тест на сгиб оценивает способность материала (особенно картона или гофрированного картона) образовывать контролируемую, прочную линию сгиба без растрескивания или чрезмерных повреждений. Сгиб создает преднамеренную линию ослабления для складывания в упаковке (например, коробках, картонных ящиках). Основные тесты:

• Измерение жесткости складки или силы восстановления (например, силы, с которой удерживается складка под углом 90 градусов или изгиб под углом 15 градусов).
• «BS 6965-1 Свойства складывания картонных листов — Метод определения степени восстановления после сгиба под углом 90 градусов».

Складки создают локальные слабые места, геометрические дефекты или снижают жесткость сжатых панелей или коробок, что может спровоцировать или способствовать деформации.

В упаковке из гофрированного картона на краях и крышках коробок (например, обычных гофрированных контейнеров) образуются складки. Эти складки действуют как начальные дефекты или линии шарниров, снижая критическую нагрузку на изгиб боковых панелей при сжатии сверху вниз.

Исследования, проведенные на панелях из гофрированного картона, показали следующее:

• Панели деформируются в поступругом диапазоне из-за ортотропных свойств (различной жесткости в механическом и поперечном направлениях).
• Образование складок создает неопределенность в несущей способности, снижая локальную жесткость на изгиб и способствуя более раннему изгибу или послекритической деформации.
• В частности, на вогнутой стороне при изгибе или сжатии локальное выпучивание облицовки (поверхностей) обычно происходит до полного разрушения.

Экспериментальные испытания панелей на сжатие выявляют кривые зависимости нагрузки от смещения, демонстрирующие явное поведение при потере устойчивости: первоначально линейная зависимость, за которой следует нелинейное поведение после потери устойчивости вплоть до разрушения материала.

Результаты зависят от аналоговых (традиционных, основанных на штамповке) и цифровых методов фальцовки:

• Цифровая гибка может изменять прочность кромок на сжатие, жесткость на сдвиг, жесткость на изгиб и общую прочность коробок на сжатие.
• Дополнительные или некачественно выполненные складки способствуют деформации, значительно снижая прочность на сжатие.

В ходе детального исследования гофрированных панелей:

• Аналитические модели оценивают критическую нагрузку при потере устойчивости примерно в 958 Н, в то время как эксперименты показывают приблизительно 814 Н (из-за таких дефектов, как складывание и нелинейное поведение бумаги).
• Поведение после потери устойчивости адаптируется к изгибам, и разрушение обычно происходит из-за того, что напряжение во внутренней облицовке достигает своих пределов.

Качество складывания также связано с разделением слоев в процессе складывания, что позволяет возникать слоистому поведению, подобному изгибу, в области складывания.

К распространенным тестам, позволяющим выявить складки и заломы на упаковке, относятся:

• Испытание на прочность при сжатии по кромке: измеряет прочность на сжатие перпендикулярно бороздкам; на него влияют складки.
• Испытание на сжатие коробчатого профиля: оценивает полное выгибание коробчатого профиля под нагрузкой; складки снижают несущую способность.
• Испытания панелей на изгиб: Эти испытания позволяют сжать панели с простым опиранием и пазами для изучения последствий растяжений и образования складок.
• Тесты на восстановление формы/жесткость при смятии: измеряют качество складывания и косвенно влияют на сопротивление деформации.

Взаимодействие деформации и образования складок также важно в автомобильных покрытиях. Например, испытания на деформацию и образование складок проводятся в соответствии с некоторыми стандартами, такими как «EN 4214 Авиационная серия — Алюминиевый сплав AL-P7010-T651», а также существуют варианты стандарта для оценки адгезии при деформации.

В целом, понимание напряжения, возникающего при изгибе, помогает прогнозировать характеристики упаковки, а тестирование на образование складок обеспечивает надежное складывание. Плохое образование складок ускоряет разрушение при изгибе в реальных условиях штабелирования/перемещения и снижает прочность коробки, способствуя прогибу панелей или локальному дисбалансу подкладки.

Испытание на изгиб при деформации имеет чрезвычайно важное значение, поскольку изгиб — это очень опасный и коварный вид повреждения.

• Это происходит внезапно.
• Это происходит при напряжении, значительно меньшем, чем нормальная прочность материала (предел текучести / предел прочности при сжатии).
• Как только начинается деформация, конструкция очень быстро теряет почти всю свою несущую способность.
• Даже очень небольшая дополнительная нагрузка после потери устойчивости может привести к значительной и непредсказуемой деформации.

Наиболее важные причины для проведения тестов на растяжение связок следующие:

• Безопасность предотвращает катастрофические внезапные обрушения. Игнорирование мер безопасности может привести к обрушению зданий, мостов, башен, кранов и стеллажей. Типичные области, где безопасность имеет решающее значение, — это гражданское и строительное проектирование.
• Разрушение происходит гораздо раньше, чем ожидалось. Если его игнорировать, в реальных условиях колонна разрушается при достижении 20-40% своей прочности. Типичные критические области — колонны, опоры, тонкие стены и панели.
• Обычный анализ напряжений не позволяет обнаружить потерю устойчивости. Если ее игнорировать, последствия в реальных условиях таковы, что линейный статический анализ показывает очень небольшие отклонения, но потеря устойчивости все равно происходит. Типичные области, где это критически важно, — это практически любой тонкий элемент, работающий на сжатие.
• Перед разрушением практически нет никаких предупреждающих признаков. Если их игнорировать, в реальных условиях не происходит значительной необратимой деформации до момента обрушения. Типичные области, где это критически важно, — аэрокосмическая промышленность, автомобильные шасси и стеллажи для хранения.
• Это чрезвычайно важно для тонких, длинных и высоких конструкций. Если это игнорировать, то в реальном мире последствия таковы: чем длиннее, тоньше и выше конструкция, тем опаснее она становится. Типичные области, где это критически важно, включают башни, мачты, длинные стрелы, тонкие оболочки и плиты.
• Это крайне важно при упаковке (особенно в коробках). Если это игнорировать, в реальных условиях коробки могут деформироваться при штабелировании, а продукция может быть повреждена. Типичные области, где это критически важно, включают коробки из гофрированного картона, штабелирование на поддонах и упаковку для размещения на полках.
• Это позволяет значительно сэкономить средства. Игнорирование этого фактора имело бы реальные последствия, предотвращая как избыточное, так и недостаточное проектирование. Типичные области, где это критически важно, — все отрасли (авиация, автомобилестроение, упаковка, строительство).

На протяжении многих лет наша организация, располагающая компетентной и опытной командой, понимает потребности своих клиентов, предоставляет им необходимые передовые услуги по тестированию и оказывает помощь в создании, внедрении и совершенствовании систем управления. В рамках этой деятельности мы также предоставляем предприятиям услуги по испытаниям на изгиб и определение предела прочности при изгибе.