Kiểm tra độ bền uốn và độ nhăn của vật liệu, đặc biệt là bìa cứng và bìa carton sóng.

Ứng suất uốn cong là ứng suất nén tới hạn mà tại đó một cấu kiện kết cấu (như cột, tấm, vỏ hoặc tấm panel) đột ngột mất ổn định và biến dạng (uốn cong) theo chiều ngang thay vì tiếp tục nén theo chiều dọc. Kiểu hỏng này thường xảy ra ở mức ứng suất thấp hơn nhiều so với giới hạn chảy hoặc cường độ nén của vật liệu, đặc biệt là trong các cấu trúc mỏng hoặc thành mỏng.

Đối với các tấm hoặc phiến mỏng (thường được sử dụng trong vật liệu đóng gói), điều này liên quan đến sự biến dạng ngoài mặt phẳng dưới tác động của tải trọng uốn cong, nén, bẻ cong hoặc tải trọng kết hợp.

Thử nghiệm nếp gấp đánh giá khả năng tạo thành đường gấp bền chắc, có kiểm soát mà không bị nứt hoặc hư hỏng quá mức của vật liệu (đặc biệt là bìa cứng hoặc bìa carton sóng). Nếp gấp tạo ra một đường yếu có chủ đích để gấp trong bao bì (ví dụ: hộp, thùng carton). Các thử nghiệm chính bao gồm:

• Đo độ cứng của nếp nhăn hoặc lực phục hồi (ví dụ: lực giữ nếp nhăn 90 độ hoặc độ cong 15 độ).
• “BS 6965-1 Đặc tính gấp của tấm bìa cứng - Phương pháp xác định khả năng phục hồi nếp gấp 90 độ”.

Các nếp nhăn tạo ra những điểm yếu cục bộ, khuyết tật hình học hoặc làm giảm độ cứng trong các tấm hoặc hộp chịu nén, có thể gây ra hoặc góp phần vào hiện tượng cong vênh.

Trong bao bì carton sóng, các nếp nhăn hình thành trên các cạnh và nắp hộp (ví dụ: thùng carton sóng thông thường). Những nếp nhăn này hoạt động như những khuyết tật ban đầu hoặc đường bản lề, làm giảm tải trọng uốn cong tới hạn của các tấm bên dưới tác động nén từ trên xuống.

Các nghiên cứu được thực hiện trên các tấm bìa carton sóng đã chỉ ra những điều sau:

• Các tấm bị uốn cong trong phạm vi sau đàn hồi do tính chất đẳng hướng (độ cứng khác nhau theo hướng cơ học và hướng ngang).
• Các nếp nhăn tạo ra sự không chắc chắn về khả năng chịu tải bằng cách làm giảm độ cứng uốn cục bộ và thúc đẩy hiện tượng uốn cong sớm hơn hoặc biến dạng sau khi uốn cong.
• Đặc biệt là ở phía lõm trong quá trình uốn hoặc nén, hiện tượng biến dạng cục bộ của lớp lót (bề mặt) thường xảy ra trước khi xảy ra hư hỏng toàn bộ.

Các thử nghiệm nén tấm thực nghiệm cho thấy đường cong tải trọng-chuyển vị thể hiện hành vi uốn cong rõ rệt: ban đầu là phản ứng tuyến tính, sau đó là hành vi phi tuyến tính sau khi uốn cong cho đến khi vật liệu bị hỏng.

Các phương pháp gấp giấy truyền thống (dựa trên khuôn dập) và kỹ thuật số ảnh hưởng đến kết quả:

• Gấp kỹ thuật số có thể làm thay đổi độ bền nén cạnh, độ cứng cắt, độ cứng uốn và độ bền nén tổng thể của hộp.
• Các nếp gấp thừa hoặc được cấu tạo kém sẽ thúc đẩy hiện tượng uốn cong, làm giảm đáng kể độ bền nén.

Trong một nghiên cứu chi tiết được thực hiện trên các tấm tôn lượn sóng:

• Các mô hình phân tích ước tính tải trọng uốn cong tới hạn ở mức khoảng 958 N, trong khi các thí nghiệm cho thấy con số này xấp xỉ 814 N (do các khuyết tật như gấp và hành vi phi tuyến tính của giấy).
• Sau khi bị uốn cong, cấu trúc sẽ thích ứng với các đường cong, và sự hư hỏng thường xảy ra khi ứng suất lớp lót bên trong đạt đến giới hạn của nó.

Chất lượng gấp cũng liên quan đến sự tách lớp trong quá trình gấp, cho phép hình thành hiện tượng uốn cong lớp trong vùng gấp.

Các thử nghiệm phổ biến giúp xác định mối liên hệ giữa nếp gấp và nếp nhăn trên bao bì bao gồm:

• Thử nghiệm độ bền nén cạnh: Đo độ bền nén vuông góc với các rãnh; kết quả bị ảnh hưởng bởi các nếp nhăn.
• Thử nghiệm nén hộp: Đánh giá độ cong vênh của hộp khi chịu tải; các nếp gấp làm giảm khả năng chịu lực.
• Kiểm tra độ uốn cong của tấm: Các thử nghiệm này nén các tấm có rãnh và được đỡ đơn giản để kiểm tra tác động của sự bong tróc và nhăn nhúm.
• Kiểm tra khả năng phục hồi nếp nhăn/độ cứng: Đo lường chất lượng gấp và ảnh hưởng gián tiếp đến khả năng chống cong vênh.

Tương tác giữa hiện tượng uốn cong/nhăn nhúm cũng rất quan trọng trong các lớp phủ ô tô. Ví dụ, thử nghiệm ứng suất uốn cong/nhăn nhúm theo một số tiêu chuẩn như tiêu chuẩn “EN 4214 Aviation series - Aluminum alloy AL-P7010-T651“ về độ bám dính dưới biến dạng.

Nhìn chung, hiểu rõ về ứng suất uốn cong giúp dự đoán hiệu suất bao bì, trong khi thử nghiệm độ nhăn đảm bảo việc gấp đáng tin cậy. Độ nhăn kém sẽ đẩy nhanh quá trình hỏng do uốn cong trong quá trình xếp/xử lý thực tế và làm giảm độ bền của hộp bằng cách thúc đẩy sự biến dạng của các tấm hoặc sự mất cân bằng cục bộ của lớp lót.

Kiểm tra ứng suất uốn cong là vô cùng quan trọng vì uốn cong là một loại hư hỏng rất nguy hiểm và âm thầm.

• Việc đó xảy ra đột ngột.
• Hiện tượng này xảy ra ở mức ứng suất thấp hơn nhiều so với độ bền thông thường của vật liệu (giới hạn chảy / độ bền nén).
• Khi hiện tượng uốn cong bắt đầu, kết cấu sẽ mất gần như toàn bộ khả năng chịu tải rất nhanh chóng.
• Ngay cả một tải trọng bổ sung rất nhỏ sau khi bị uốn cong cũng có thể dẫn đến biến dạng lớn và khó lường.

Những lý do quan trọng nhất để thực hiện các xét nghiệm bong gân như sau:

• An toàn giúp ngăn ngừa những sự cố sụp đổ đột ngột thảm khốc. Nếu bị bỏ qua, hậu quả thực tế là các tòa nhà, cầu, tháp, cần cẩu và giá kệ sẽ sụp đổ. Các lĩnh vực điển hình mà điều này đặc biệt quan trọng là kỹ thuật dân dụng và kết cấu.
• Sự cố xảy ra sớm hơn nhiều so với dự kiến. Nếu bỏ qua, hậu quả thực tế là cột sẽ bị gãy khi chỉ đạt 20-40% cường độ vật liệu. Các khu vực điển hình bị ảnh hưởng nghiêm trọng là cột, trụ đỡ, tường mỏng và tấm ốp.
• Phân tích ứng suất thông thường không thể phát hiện hiện tượng uốn cong. Nếu bỏ qua hiện tượng này, hậu quả thực tế sẽ là phân tích tĩnh tuyến tính cho thấy rất ít sai lệch, nhưng hiện tượng uốn cong vẫn xảy ra. Các khu vực điển hình mà hiện tượng này rất quan trọng là hầu hết mọi phần tử chịu nén mỏng.
• Rất ít dấu hiệu cảnh báo trước khi xảy ra sự cố. Nếu bỏ qua, hậu quả thực tế là sẽ không có biến dạng vĩnh viễn đáng kể nào trước khi sụp đổ. Các lĩnh vực điển hình mà điều này rất quan trọng là hàng không vũ trụ, khung gầm ô tô và giá đỡ kho chứa.
• Điều này cực kỳ quan trọng đối với các cấu trúc mỏng, dài và cao. Nếu bỏ qua, hậu quả thực tế là cấu trúc càng dài, càng mỏng và càng cao thì càng trở nên nguy hiểm. Các khu vực điển hình mà điều này rất quan trọng bao gồm tháp, cột buồm, cần trục dài, vỏ mỏng và tấm.
• Điều này vô cùng quan trọng trong bao bì (đặc biệt là hộp). Nếu bỏ qua, hậu quả thực tế là hộp sẽ bị sụp đổ khi xếp chồng và sản phẩm bị hư hại. Các lĩnh vực điển hình mà điều này rất quan trọng bao gồm hộp carton sóng, xếp chồng pallet và bao bì sẵn sàng trưng bày trên kệ.
• Nó giúp tiết kiệm một khoản tiền đáng kể. Việc bỏ qua yếu tố này sẽ dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng, ngăn ngừa cả việc thiết kế quá mức và thiết kế thiếu sót. Các lĩnh vực điển hình mà yếu tố này rất quan trọng bao gồm tất cả các ngành (hàng không, ô tô, bao bì, xây dựng).

Trong nhiều năm qua, tổ chức của chúng tôi, với đội ngũ nhân viên giàu kinh nghiệm và năng lực, đã thấu hiểu nhu cầu của khách hàng, cung cấp các dịch vụ kiểm thử tiên tiến mà họ yêu cầu, và hỗ trợ trong việc thiết lập, triển khai và cải tiến các hệ thống quản lý. Trong khuôn khổ này, chúng tôi cũng cung cấp các dịch vụ kiểm thử ứng suất uốn và độ bền kéo cho các doanh nghiệp.