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Viscoelastic properties of cellular polypropylene ferroelectrets (PP FEs) were studied at low
frequencies (0.3–33 Hz) by dynamic mechanical analysis and at high frequencies (250 kHz) by laser Doppler vibrometry. Relaxation behavior of the in-plane Young’s modulus (Y´
11~1500 MPa at room temperature) was observed and attributed to the viscoelastic response of polypropylene matrix.
The out-of-plane Young’s modulus is very small (Y´33≈0.1 MPa) at low frequencies, frequency- and stress-dependent, evidencing nonlinear viscoelastic response of PP FEs. The highfrequency mechanical response of PP FEs is shown to be linear viscoelastic with Y´33≈0.8 MPa. It is described by thickness vibration mode and modeled as a damped harmonic oscillator with one degree of freedom. Frequency dependence of Y*33 in the large dynamic strain regime is described by the broad Cole-Cole relaxation with a mean frequency in kHz range attributed to the Dynamics of the air flow between partially closed air-filled voids in PP FEs. Switching-off the relaxation contribution causes dynamic crossover from the nonlinear viscoelastic regime at low frequencies to the linear viscoelastic regime at high frequencies. In the small strain regime, contribution of the air flow seems to be insignificant and the power-law response, attributed to the mechanics of polypropylene cell walls and closed air voids, dominates in a broad frequency range. Mechanical Relaxation caused by the air flow mechanism takes place in the sound and ultrasound frequency range (10 Hz–1MHz) and, therefore, should be taken into account in ultrasonic applications of the PP FEs deal with strong exciting or receiving signals.
Die Vorhersage der Beanspruchung bei plastischem Versagen von zylindrischen Druckbehältern wird häufig mittels Finite Elemente Berechnungen durchgeführt. Die Berechnung der zulässigen Beanspruchung erfordert ein elastisch-plastisches Werkstoffmodell und die Berücksichtigung von nichtlinearen geometrischen Effekten. Das plastische Versagen verursacht eine gesamte Strukturinstabilität und kann nicht direkt aus der Finite Elemente Analyse bestimmt werden. In dem vorliegenden Beitrag wird die Beanspruchung für plastisches Versagen eines zylindrischen Druckbehälters mittels eines analytischen Verfahrens basierend auf einem linear elastischen ideal-plastischen Materialmodell bestimmt. Wenn Plastizität auftritt, wird zum einen der Werkstoff als inkompressibel und zum anderen der Tensor der plastischen Dehnungen als parallel zum Spannungsabweichungstensor angenommen. In diesem Fall kann die Spannungs-Dehnungs-Beziehung von Henkel angewendet werden, um den Druck zu berechnen, bei dem plastisches Fließen und Versagen eintritt. Die analytischen Ergebnisse werden von den Finite Elemente Berechnungen vollkommen bestätigt.
Im Gegensatz zur Impuls-Echo-Technik, die im Wesentlichen auf der
Anton Erhard, Berlin Reflexion am Fehler basiert, wird bei der Time-Of-Flight Diffraction Technique (TOFD-Technik) die Beugung der Schallwellen am Fehler zum Nachweis genutzt. Zwei Winkelprüfköpfe für Longitudinalwellen sind in V-Durchschallung angeordnet. Die Prüfköpfe befinden sich jeweils auf einer Seite der Schweißnaht und werden bei der Messung parallel zur Schweißnaht verschoben. Das ausgesandte Schallbündel trifft auf Fehlerränder, an denen gebeugte Wellenanteile entstehen, die je nach Entstehungsort mit unterschiedlichen Schalllaufzeiten empfangen, in hochfrequenten A-Bildern abgespeichert und für die Auswertung in B-Bildern dargestellt werden.
Die Untersuchungen zeigen, dass die TOFD-Technik Beiträge zur Fehlergrößenabschätzung liefert, aber keinesfalls die Impuls-Echo-
Technik mit nachgeschalteter Röntgenprüfung ersetzen kann.