Böjningsspännings- och rynkprovning i material, särskilt kartong och wellpapp

Knäckspänning avser den kritiska tryckspänning vid vilken ett strukturellt element (såsom en pelare, platta, skal eller panel) plötsligt förlorar sin stabilitet och deformeras (knäcker) i sidled istället för att fortsätta att komprimeras axiellt. Detta brott inträffar ofta vid spänningsnivåer långt under materialets sträckgräns eller tryckhållfasthet, särskilt i tunna eller tunnväggiga konstruktioner.

I tunna ark eller paneler (som vanligtvis används i förpackningsmaterial) innebär detta nedböjning ur planet under buckling, kompression, böjning eller kombinerade belastningar.

Vecktestet utvärderar ett materials (särskilt kartong eller wellpapp) förmåga att bilda en kontrollerad, hållbar viklinje utan att spricka eller skadas för mycket. Veck skapar en avsiktlig svaghetslinje för vikning i förpackningar (t.ex. lådor, kartonger). De viktigaste testerna är:

• Mätning av rynkstyvhet eller återhämtningskraft (t.ex. den kraft med vilken en 90-graders rynka eller en 15-graders böjning hålls).
• "BS 6965-1 Vikningsegenskaper hos kartongark - Metod för att bestämma vikningsåterhämtningen vid en 90-gradersvikning".

Rynkor skapar lokaliserade svagheter, geometriska defekter eller minskad styvhet i komprimerade paneler eller lådor som kan utlösa eller bidra till buckling.

I wellpappförpackningar bildas veck på kanterna och locken på lådor (t.ex. vanliga wellpappbehållare). Dessa veck fungerar som initiala defekter eller gångjärnslinjer, vilket minskar den kritiska bucklingsbelastningen på sidopanelerna vid kompression uppifrån och ner.

Studier utförda på wellpappskivor har visat följande:

• Panelerna bucklas i det postelastiska intervallet på grund av ortotropa egenskaper (olika styvhet i mekanisk och tvärgående riktning).
• Rynkor skapar osäkerheter i bärförmågan genom att minska lokal böjstyvhet och främja tidigare buckling eller nedböjning efter buckling.
• Särskilt på den konkava sidan under böjning eller kompression inträffar vanligtvis lokal buckling av fodren (ytorna) före globalt brott.

Experimentella panelkompressionstester visar last-förskjutningskurvor som uppvisar explicit bucklingbeteende: initialt linjärt svar, följt av icke-linjärt beteende efter buckling upp till materialbrott.

Analoga (traditionella matrisbaserade) och digitala falsmetoder påverkar resultaten:

• Digital vikning kan förändra kantkrosshållfasthet, skjuvstyvhet, böjstyvhet och den totala lådans kompressionshållfasthet.
• Ytterligare eller dåligt konstruerade veck främjar buckling, vilket minskar tryckhållfastheten avsevärt.

I en detaljerad studie utförd på wellpappskivor:

• Analytiska modeller uppskattar den kritiska bucklingsbelastningen till cirka 958 N, medan experiment visar cirka 814 N (på grund av defekter som vikning och ickelinjärt pappersbeteende).
• Beteendet efter buckling anpassas till kurvorna, och brott beror vanligtvis på att innerfodrets spänning når sina gränser.

Vikningskvaliteten är också kopplad till lagerseparation under vikning, vilket möjliggör ett skiktat bucklingsliknande beteende i vikningsområdet.

Vanliga tester som kopplar samman veck och rynkor i förpackningar inkluderar:

• Kantkrossningstest: Mäter tryckhållfastheten vinkelrätt mot spåren; den påverkas av veck.
• Lådkompressionstest: Utvärderar fullständig lådans buckling under belastning; veck minskar kapaciteten.
• Panelflexionstester: Dessa tester komprimerar enkelt stödda, räfflade paneler för att undersöka effekterna av stukningar och rynkor.
• Återhämtnings-/styvhetstester för rynkor: Mät vikningskvaliteten och påverka indirekt bucklingsmotståndet.

Bucklings-/rynkningsinteraktioner är också viktiga i bilbeläggningar. Till exempel bucklingsspännings-/rynkningstestning enligt vissa standarder, såsom standardvarianterna "EN 4214 Aviation series - Aluminiumlegering AL-P7010-T651" för vidhäftning under deformation.

Generellt sett hjälper förståelse av bucklingsspänning till att förutsäga förpackningsprestanda, medan skrynkeltestning säkerställer tillförlitlig vikning. Dålig skrynkling accelererar bucklingsbrott vid verklig stapling/hantering och minskar förpackningshållfastheten genom att främja panelnedböjning eller lokal obalans i fodret.

Stresstestning av buckling är oerhört viktigt eftersom buckling är en mycket farlig och lömsk typ av skada.

• Det händer plötsligt.
• Detta sker vid en spänning som är mycket lägre än materialets normala hållfasthet (sträckgräns / tryckhållfasthet).
• När bucklingen börjar förlorar konstruktionen nästan all sin bärförmåga mycket snabbt.
• Även en mycket liten ytterligare belastning efter buckling kan leda till stor, oförutsägbar deformation.

De viktigaste skälen till att utföra stukningstest är följande:

• Säkerhet förhindrar katastrofala plötsliga kollapser. Om de ignoreras blir de verkliga konsekvenserna att byggnader, broar, torn, kranar och hyllor kollapsar. Typiska områden där det är kritiskt är anläggnings- och konstruktionsteknik.
• Fel inträffar mycket tidigare än förväntat. Om det ignoreras blir de verkliga konsekvenserna att pelaren går sönder vid 20–40 % av sin materialhållfasthet. Typiska områden där det är kritiskt är pelare, stöd, tunna väggar och paneler.
• Normal spänningsanalys kan inte upptäcka buckling. Om den ignoreras blir konsekvenserna i verkligheten sådana att linjär statisk analys visar mycket liten avvikelse, men buckling uppstår fortfarande. Typiska områden där det är kritiskt är praktiskt taget alla tunna kompressionselement.
• Det finns väldigt få varningstecken innan haveri. Om det ignoreras blir de verkliga konsekvenserna att det inte sker någon större permanent deformation innan kollaps. Typiska områden där det är kritiskt är inom flygindustrin, bilchassin och lagerhyllor.
• Det är extremt viktigt för tunna, långa och höga strukturer. Om det ignoreras blir de verkliga konsekvenserna att ju längre, tunnare och högre strukturen är, desto farligare blir den. Typiska områden där det är kritiskt inkluderar torn, master, långa bommar, tunna skal och plattor.
• Det är avgörande vid förpackningar (särskilt lådor). Om det ignoreras blir de verkliga konsekvenserna att lådor kollapsar under stapling och produkter skadas. Typiska områden där det är kritiskt inkluderar wellpapplådor, pallstapling och hyllklara förpackningar.
• Det sparar en betydande summa pengar. Att ignorera det skulle få verkliga konsekvenser och förhindra både överdriven och underdriven design. Typiska områden där det är avgörande är alla sektorer (flyg, fordon, förpackning, bygg).

I många år har vår organisation, med sin kompetenta och erfarna personal, förstått sina kunders behov, tillhandahållit de avancerade testtjänster de behöver och hjälpt till med etablering, implementering och förbättring av ledningssystem. Inom detta ramverk tillhandahåller vi även knäckspännings- och böjprovningstjänster till företag.