Na produção industrial e agrícola e na vida cotidiana, são muitos os casos de rachaduras nas tampas causadas por expansão térmica e contração a frio, que afetam diretamente a circulação e o uso de commodities, causam vazamentos de líquidos e até mesmo acidentes com incêndios. Na mecânica elástica, a deformação é proporcional à tensão. A Universidade de Hangzhou Dianzi usa o método de análise de deformação para resolver o problema do cálculo da distribuição de tensão interna e da resistência à ruptura da corda. Depois de melhorar o método de derivação e o conceito de extensão, novas funções estruturais foram obtidas.

1 Características e análise de deformação da tampa

A geometria da tampa pode ser vista como uma combinação de um disco e um anel. Para um disco de raio e . Se as taxas de retração radial e de corda da porção do disco forem as mesmas, a taxa de retração relativa radial PD=△R/(2R)=△R/R e a taxa de retração relativa de perímetro PC=2π△R/(2πR)= △ R/R, comparado com PC=PD=△R/R, ou seja, não há vantagem óbvia na taxa de retração relativa na direção radial para a direção da corda.

2 Análise de Estresse

2.1 O efeito da deformação na tensão

De acordo com a tensão proporcional ao alongamento relativo, a tensão de retração na urdidura, trama e direção do material isotrópico é equivalente, e a direção da abertura do rasgo da cobertura deve ser irregular. De acordo com a resistência à tração do material polimérico e a força radial real convergindo no centro do círculo, mesmo que a tensão exceda a resistência do material e ocorra a fratura, ela deve ocorrer perto do centro do círculo onde a tensão está concentrada . Os 2 pontos acima são compatíveis com o fato de a trinca ocorrer na borda do anel de cobertura.

2.2 Influência do processo de moldagem do material polimérico nas propriedades mecânicas

Considerando que o PEBD possui muitas ramificações, a cristalinidade é de cerca de 55%~60%; O HDPE é linear, com poucas ramificações, e a cristalinidade é de 85%~90%. Ao moldar por injeção a partir do centro do disco, devido à fluidez, a parte do disco da tampa é disposta principalmente na direção radial devido ao fluxo radial. A resistência à tração radial da cobertura plástica após o resfriamento e a moldagem é alta, e a resistência à tração da corda será significativamente menor do que a direção radial. Sob a taxa de retração, é propenso a trincas radiais. A orientação cristalográfica do material polimérico tem um efeito significativo na resistência, que pode ser aprendida a partir das propriedades mecânicas do filme de polipropileno BOPP orientado biaxialmente. Por exemplo, a fita de embalagem de PVC com enchimento 1:1 tem uma diferença significativa na resistência da urdidura e da trama após o alongamento e a modelagem. A resistência mecânica e até mesmo a permeabilidade ao ar dos plásticos estão relacionadas a fatores como se existem cargas, a forma das cargas e se as macromoléculas lineares são cristalizadas. Depois que o polímero moldado é esticado e orientado, sua resistência à tração é muito melhorada e é fácil rasgar na direção da trama. Rachaduras (normalmente, como cintas). O autor fez um grande número de testes de impacto em poliestireno moldado por injeção de porta central (PS), discos transparentes e bandejas de PS tipo tampa. As estatísticas mostram que as rachaduras de impacto são geralmente radiais; O desempenho de flexão radial do PS é muito maior do que na direção da corda. Sob a ação do momento fletor no sentido da corda, a amostra PS em forma de leque ou o disco fino PS é facilmente fraturado ao longo da linha de fluxo radial.

3 Influência da concessão radial da estrutura do anel de cobertura na tensão

O mecanismo real da tampa em funcionamento é a parte interna e a tampa, e a influência mútua entre as duas é a força externa. Por conveniência de análise, assume-se que o conteúdo não encolhe com as mudanças de temperatura, e o diâmetro é o mesmo da tampa.

3.1 Influência das concessões no desempenho das tensões radiais e de corda

Quando a parte do disco da tampa encolhe radialmente, devido à flexibilidade do material polimérico, ocorrerá um certo grau de fluência no canto de conexão do anel da tampa e na parte do disco, ou seja, a parte do anel da tampa tem uma certa reforma habilidade. ), o resultado da concessão reduz o estresse gerado pela obstrução radial. Como o material na direção da corda forma um anel fechado, o próprio material do anel está envolvido um no outro depois que a direção da corda encolhe, e o efeito real não é uma concessão.

3.2 Contribuição da taxa de deformação em valgo do anel de cobertura para a tensão da corda

Após a parte do disco recuar radialmente, o anel de cobertura anular é submetido a um momento de eversão. Suponha que o ponto de contato entre o anel da tampa e o objeto interno seja O, e a razão de comprimento dos braços de força em ambas as extremidades de O seja α=lB/lA, conforme mostrado na Figura 2. Após o encolhimento, a posição natural do anel de cobertura deve estar em R-△R fora do centro do círculo. Neste momento, o comprimento circunferencial do anel de cobertura é C1=2π(R-△R). Devido à obstrução do conteúdo da tampa, sob a ação da força de contração radial da parte do disco, a borda inferior B do anel da tampa é evertida em torno do ponto O. Para simplificar o cálculo, adota-se um modelo de corpo rígido, e a distância horizontal entre a borda inferior B do anel de cobertura evertido e o fulcro de contato O entre o objeto interno e o anel de cobertura é △r=α△R=lB ·△R/lA. Como a posição natural do anel de cobertura após o encolhimento deve estar em R-△R, a distância horizontal entre a borda inferior B e a borda superior A após ser obstruída e evertida:

A taxa de expansão de perímetro PC1 da borda inferior B em relação à borda superior A é:

E a taxa de contração relativa da borda do disco PC=△C/C=△R/R, obviamente o alongamento relativo do perímetro após a borda inferior B ser evertida é a borda superior A e a borda do disco (1 α)(1 △R /R) vezes. Com a mudança da posição do fulcro O, α>1 em muitos casos, então a deformação relativa no sentido da corda da borda inferior do anel de cobertura B é muito maior do que a deformação relativa no sentido da corda da borda do disco, e a fissura de retração da tampa coincide com isso. sua inevitabilidade.

4 Soluções e medidas

A fim de reduzir a tendência de fissuração da tampa, a borda inferior do anel da tampa é deformada de acordo com a relação de comprimento dos braços em ambos os lados da ponta, o que pode reduzir a posição do fulcro O; aumentar a tolerância radial da tampa e tornar a boca da garrafa ligeiramente inclinada para dentro para reduzir o momento de tensão interna e reduzir a tensão interna. A adição de um anel telescópico ao longo da direção radial na borda da porção do disco da tampa pode reduzir a deformação da borda do disco e, em última análise, reduzir o deslocamento das bordas superior e inferior da porção do anel, reduzindo grandemente a resistência interna causada pela deformação no sentido da corda do anel. Atualmente, alguns produtos em forma de tampa são projetados com uma estrutura saliente anular baseada na estrutura da borda do objeto a ser flambado, o que pode reduzir a resistência radial, mas não pode evitar a tensão da corda. A flexibilidade dos materiais poliméricos diminui a baixa temperatura, o que afeta diretamente a estabilidade em baixa temperatura da estrutura em forma de tampa e aumenta a fragilidade.

5. Conclusão

A fissura de retração a frio da tampa atende às condições de análise mecânica da borda inferior do anel da tampa. Sob a suposição de que as taxas de retração de urdidura e trama são as mesmas, a retração radial e no sentido da corda são consistentes, e a direcionalidade da tensão de retração livre na superfície do disco não tem efeito significativo. O recuo radial da cobertura reduz a geração de tensões radiais, mas não há espaço para recuos na direção da corda, o que pode gerar maiores tensões. A taxa de deformação relativa do anel causada pela tendência de eversão da borda inferior do anel de cobertura é grande, o que expande a tensão da corda da borda do anel de cobertura, que é a principal causa da fissuração por retração. A cristalização orientada radialmente durante a moldagem por injeção de materiais poliméricos enfraquece a resistência no sentido da corda e também é uma causa de rachaduras na cobertura plástica. Tomar medidas direcionadas pode reduzir a tendência de rachaduras.