HDPE'yi delmek için gereken gücü nasıl hesaplayabilirim?

Bir sahip tabakasını HDPE en . Bu sayfanın kaplamasını, yüzey alanı olan yüksek pimli delmek istiyorum . Pim de HDPE'den yapılmıştır ve tamamen soğutulmuştur. Young'ın HDPE modülü , soğutulmuş HDPE piminin de HDPE tabakasının erimiş katmanına ulaşması için ne kadar kuvvet uygulamam gerekir ? $2\text{ mm}$ $280-320^{\circ}\text{ F}$ $2\text{ mm}$ $3.33\text{ mm}^2$ $0.8\text{ GPa}$ $280-320\text{ F}$

GÜNCELLEME: İğnenin tamamen HDPE katmanına kaynaklandığı söylendi. HDPE'nin erime sıcaklığına ve pimin başlangıç sıcaklığına bağlı olarak, malzemenin söndürülmesinden önceki 2 dakika içinde bunun mümkün olduğunu düşünmüyorum. Isı aktarım hızını anlamaya çalıştım, ancak termal temas iletkenlik katsayısını veya termal temas direncini bulamıyorum. Çevrimiçi arama bir araç "CoCoE.exe" çıktı ama bilgisayarımda programı çalıştırmakta sorun yaşıyordu.

Daha Açıklayıcı Görüntü

materials temperature

— William B.
kaynak

Analizi yeniden yapmaya başladıktan sonra, bunun oldukça karmaşık bir süreç olduğunu fark ettim ve bunun yerine daha fazla zamanım olsaydı bunu çözmek için ne yapacağımı anlatacağım.

İlk olarak, yapacağım bazı varsayımlar:

HDPE'nin mükemmel plastik davranışı (yani gerilme-gerinim eğrisi, verildikten sonra düzdür)
düz yüzeyden termal konveksiyon önemsizdir (pim dikkate alınmasına rağmen)
pimin adyabatik bir ucu vardır
metal sabit bir sıcaklıktadır
malzemenin doğrudan altındaki silindirik bir kısım tarafından emilen enerji, malzemenin tokluğunun, malzemenin silindirik kısım hacmiyle çarpımı aştığında pimi yüzey deler (istenirse bunu farklı açıklayabilirim.)
HDPE eridikçe temas direnci azalır (nasıl yapılacağından emin değilim)
bazı maddi özellikler bu makaleden ve diğerleri bu veri sayfasından gelebilir ve bu kitap (bu veriler sahip olduğunuz HDPE için geçerli olabilir veya olmayabilir)
Pim için ısı taşınım katsayısının hangi değerinin geçerli olduğundan emin değilim ve bunun hakkında daha fazla düşünmek zorunda kalacağım.
füzyon ısısı bu veri sayfasından gelir

Tüm bu bilgiler göz önüne alındığında, Stefan sorununun katı cildin sıcaklığını ve kalınlığını hesaplaması için 1D ısı transfer çözücü yazabilirsiniz . Oradan, verim stresini bulmak için cildin sıcaklığını kullanabilirsiniz. Basit modelim şunu önerir: $F = \sigma_\text{y} A_\text{contact}$ .

Eski cevap:

Cevap muhtemelen sıfır kuvvettir ya da neredeyse öyle, çünkü HDPE'nin erime sıcaklığı yaklaşık 266 F'dir ( burada 279 F'de biraz daha yüksektir ), bu nedenle HDPE muhtemelen belirtilen sıcaklıkta zaten erimiştir. Erimiş tabakayı yüzeye dokunduktan hemen sonra karşılayacaksınız (en azından sıcaklık yeterince üniform ise).

Sıcaklık aralığı yanlışsa, HDPE'nin mükemmel bir plastik malzeme olduğunu, çarpma tertibatının düz olduğunu ve diğer bazı şeyleri varsayarak cevabımı değiştirdiğimi tahmin edebilirim. Bunu isterseniz bana bildirin.

Ayrıca, ortama nüfuz etmeye devam etmek için gerekli kuvvetin bir tahminini yapmak istiyorsanız , okuduğum eski bir terminal balistik kitabını bu tür şeyler için bazı modelleri olan bulabilirim, ancak ne kadar doğru olduklarını bilmiyorum.

— Ben Trettel
kaynak

Kullandığım malzemenin erime noktası 260F, ancak pim tabaka ile temas ettiğinde tabakanın 280-320F'de olduğu söylendi. Malzeme üflemeyle kalıplanıyor ve üflenmeden önce parçam yerleştiriliyor. Kalıp kapandığında, sözde bir kaynak yaratarak parçamı ve HDPE tabakasını kapatır. Parçam dokunmadan önce soğudukça tabaka üzerinde oluşan bir cilt olmalıdır. Cildin ne kadar kalın olacağından emin değilim.

— William B.

Yanıtınız için teşekkürler. Sorunuzu bir çeşit çizim için düzenleyebilir misiniz? Açıkladığınız şeyi görselleştirmekte zorlanıyorum ve basit bir çizimin şeyleri aydınlatacağına inanıyorum. Ayrıca, tabakanın nasıl ısıtıldığını tarif edin, örn. Doğru sıcaklığa ulaşana kadar ısıtıldı ve sonra soğumaya bırakıldı mı? Eğer öyleyse, ne kadar soğumasına izin verilir? Sürekli olarak ısıtılıyor mu ve sonra pim vuruyor mu? Ne kadar süre ısıtılır? Vb.

— Ben Trettel

Eğer ısı transfer katsayıları ve termal iletkenlik biliniyorsa (veya ölçülebilirse) cilt kalınlığı muhtemelen bir 1-D ısı transfer modelinden tahmin edilebilir. Ben Trettel'in belirttiği gibi, sorunun açıklığa kavuşturulması faydalı olacaktır.

— wwarriner

@starrise: Evet, ben de aynı şeyi deneyecektim. Amaçladığım yaklaşımın ana hatları: 1D ısı transfer modeline ( faz değişikliğine bağlı olarak ) dayalı malzeme kalınlığını tahmin edin . Daha sonra, sıvı fazın hesaplamayı hesaba katmadığını varsayarak, malzemenin mükemmel plastik olduğunu varsayarak sertliğini hesaplayın ve bunu nüfuz etmek için gereken enerjinin bir tahminini almak için kullanın. Öneriler bekliyoruz. Bu şekilde alacağınız cevap çok yaklaşık olacak, ancak umarım yeterince doğru olacaktır.

— Ben Trettel

Dün gece , enerjinin değil , gücün istendiğini fark ettim . Enerjinin daha alakalı olduğunu düşünüyorum, ancak kullanmayı amaçladığım modelde (mükemmel plastik, malzemenin sadece silindirik bir kesiminin sıkıştırıldığı varsayılarak) kuvvet

F = σ_{y} A

$F = \sigma_\text{y} A$ nerede

σ_{y}

$\sigma_\text{y}$ akma stresidir ve

A

$A$ temas alanıdır. Burada çok sayıda varsayım ve yaklaşım vardır (hepsi yoruma uymayacaktır), ancak bu yaklaşım altında asıl mesele, katı filmin sıcaklığı için bilinmeyen verim stresini bulmaktır.

— Ben Trettel