Siła zrywania a technika łączenia materiałów nylonowych – testy

Testy wytrzymałościowe

Niniejszy dokument zawiera wyniki przeprowadzonych w dniu 20.03.2024r badań wytrzymałościowych materiałów nylonowych 40D i łaczeń używanych w uszytym spadochronie main oraz pilot.

Sposób przeprowadzenia testów

Testy przeprowadzono na maszynie wytrzymałościowej MTS Bionix – Servohydraulic Test System. Metodologia przeprowadzenia pomiarów obejmowała umieszczenie skrajnych końców próbki w szczękach narzędzia, następnie zaciśnięcie szczęk z odpowiednio dobranym ciśnieniem zaciskowym. Tak przygotowane próbki umożliwiały rozpoczęcie pomiarów na maszynie poprzez rozciąganie badanego materiału [rysunek 1] aż do momentu rozerwania próbki. Przedmiotem badań były materiały nylonowe 40D użyte do uszycia spadochronów, połączenia wykonane między skrawkami materiału oraz taśmy nośne.

Wykaz próbek

2.1 Taśma nośna polipropylenowa (spadochron pilot) oraz 2.1 Taśma nośna zszyta „w oczko” (spadochron pilot)

2.2 Dwa płaty materiału zszytego z taśmą nośną (spadochron Main): a) widok od strony taśmy nośnej oraz b) widok od strony szwu

2.3. Dwa płaty materiału zszytego z taśmą nośną (spadochron pilot): a) widok od strony taśmy nośnej oraz b) widok od strony szwu

Wyniki pomiarów

a) Podsumowanie wyników wytrzymałościowych łączeń spadochronu – pilot

Średnia siła przy zerwaniu połączenia wynosi 292,1 (14,3) N.

Odchylenie standardowe wynosi 47,3 N

b) Podsumowanie wyników wytrzymałościowych materiału Drogue

Siła przy rozerwaniu materiału użytego do uszycia Drogue to 317,6 N

c) Podsumowanie wyników wytrzymałościowych połączenia Main

Średnia siła przy zerwaniu próbek połączenia maina
to 310,3 (24,5) N, a odchylenie standardowe wynosi
59,9 N.

e) Podsumowanie wyników wytrzymałościowych taśmy użytej do szycia spadochronów

Średnia siła podczas pęknięcia taśmy wynosi 2,762 (0,081) kN. Odchylenie standardowe wynosi 0,115 kN.

f) Podsumowanie wyników wytrzymałościowych szytego połączenia taśmy

Średnia siła podczas pęknięcia taśmy wynosi 0,92 (0,134) kN. Odchylenie standardowe wynosi 0,232 kN.

Wnioski:

4.1. Wyniki pomiarów próbek z rysunku 7 pokazują, że kluczowy wpływ na wytrzymałość materiału ma jakość szwu łączącego materiał. Szew tworzy lokalne koncentracje naprężeń wywołane karbami – otworami na nić, które zmniejszają wytrzymałość na rozciąganie całego układu. Zerwanie nastąpiło w miejscu szycia, a nie
w ciągłej części materiału. Wynika z tego, że punkt ten jest najbardziej wrażliwym miejscem całego spadochronu.
4.2. Różnica pomiędzy zszytymi dwoma paskami materiału z taśmą nośną w przypadku spadochronu Main a samym materiałem ripstop wynosi ok. 50 N, czyli ok. 15%. Różnica ta wynika z przyczyn opisanych we wniosku 4.1. Nie możemy dokonać takiego porównania dla materiału użytego w spadochronie pilot, gdyż został wykonany jedynie jeden pomiar wytrzymałości samego materiału, ale sądząc po miejscu pękania próbek zszytych z taśmą nośną wystąpi podobna zależność.

4.3. Opisywane materiały ripstop oraz ich łączenia w obu przypadkach cechują się podobną wytrzymałością na rozciąganie, jednak jak mogliśmy zauważyć w punkcie 3.A duże znaczenie ma jakość wykonanego połączenia. Zdecydowanie najbardziej wytrzymałym materiałem spośród omawianych jest taśma nośna, która jest ok. 3 razy bardziej wytrzymała od połączenia typu „oczko”.

Artykuł zawdzięczamy współpracy z Kołem Naukowym PWr in Space działającym pod patronatem Politechniki Wrocławskiej.

Autor: Jakub Szostek