HDPE를 뚫는 데 필요한 힘을 어떻게 계산합니까?

나는이 시트 HDPE을 에서 . 표면적이 높이 핀 으로이 시트의 스킨을 뚫고 싶습니다 . 핀은 또한 HDPE로 만들어졌으며 완전히 냉각되었습니다. 영의 HDPE 계수가 인 경우, 냉각 된 HDPE 핀이 에서 HDPE 시트의 용융 된 층에 도달하기 위해 얼마나 많은 힘을 가해 야 합니까? $2\text{ mm}$ $280-320^{\circ}\text{ F}$ $2\text{ mm}$ $3.33\text{ mm}^2$ $0.8\text{ GPa}$ $280-320\text{ F}$

업데이트 : 나는 핀이 HDPE 층에 완전히 용접되어 있다고 들었습니다. HDPE의 용융 온도와 핀의 시작 온도를 기준으로, 재료가 ched 칭되기 2 분 전에는 불가능하다고 생각합니다. 열전달 속도를 알아 내려고했지만 열 접촉 전도 계수 또는 열 접촉 저항을 찾을 수 없습니다. 온라인 검색으로 "CoCoE.exe"도구가 나타 났지만 내 컴퓨터에서 프로그램을 실행하는 데 문제가있었습니다.

더 설명적인 이미지

materials temperature

— 윌리엄 비
소스

분석을 다시 시작한 후에는이 과정이 상당히 복잡한 과정이라는 것을 알게되었습니다. 대신 시간이 더 있으면이 문제를 해결하기 위해 어떻게해야하는지 간략히 설명하겠습니다.

먼저 몇 가지 가정을 가정합니다.

HDPE의 소성 거동 (즉, 응력-변형 곡선은 항복 후 평평함)
평평한 표면에서의 열 대류는 관련이 없습니다 (핀을 고려하더라도)
핀에는 단열 팁이 있습니다
금속은 일정한 온도에 있습니다
재료 바로 아래의 재료의 원통형 부분에 의해 흡수 된 에너지가 재료의 원통형 부분의 부피를 곱한 재료의 인성을 초과 할 때 핀은 표면을 관통한다 (필요하다면 이것을 다르게 설명 할 수있다).
HDPE가 녹을 때 접촉 저항이 감소합니다 (어떻게 잘 모르겠 음)
일부 자료 속성은 이 문서 와 다른 데이터 시트 및 이 책에서 얻을 수 있습니다 (이 데이터는 보유하고있는 HDPE에 유효하거나 유효하지 않을 수 있음)
핀의 대류 열 전달 계수 값이 유효한지 확실하지 않으며 이에 대해 더 많이 생각해야합니다.
이 데이터 시트에서 융해열이 발생합니다.

이 모든 정보가 주어지면 Stefan 문제 에 대한 1D 열전달 솔버를 작성 하여 단단한 피부의 온도와 두께를 계산할 수 있습니다. 거기에서 피부의 온도를 사용하여 항복 응력을 찾을 수 있습니다. 저의 간단한 모델은 입니다. $F = \sigma_\text{y} A_\text{contact}$

오래된 답변 :

HDPE 의 용융 온도는 약 266F ( 여기서는 279F에서 약간 더 높게보고 됨)이므로 HDPE는 이미 지정된 온도에서 이미 녹 았기 때문에 답은 거의 무력 일 것입니다. 표면에 닿 자마자 용융 층을 즉시 만나게됩니다 (적어도 온도가 충분히 균일 한 경우).

온도 범위가 틀리면 HDPE가 완벽한 플라스틱 소재, 충격 장치가 평평하고 다른 것들이라고 가정하고 견적을 변경할 수 있다고 생각합니다. 원하는 경우 알려주세요.

또한, 당신이 매체 를 계속 관통하는 데 필요한 힘의 추정치를 원한다면, 그런 것들에 대한 몇 가지 모델이있는 오래된 터미널 탄도 책을 찾을 수는 있지만 그것들이 얼마나 정확한지 모르겠습니다.

— 벤 트레 텔
소스

내가 사용하는 재료의 융점은 260F이지만 핀이 시트와 접촉 할 때 시트가 280-320F라고 들었습니다. 재료가 블로우 성형되고 있으며 블로우 개방 전에 부품이 삽입됩니다. 금형이 닫히면 클램프가 내 부품과 HDPE 시트를 닫아 용접이 생성됩니다. 시트가 식을 때 시트에 닿는 피부가 있어야합니다. 그 피부가 얼마나 두꺼운 지 잘 모르겠습니다.

— 윌리엄 B.

답장을 보내 주셔서 감사합니다. 어떤 종류의 그림을 갖도록 질문을 편집 할 수 있습니까? 나는 당신이 묘사하고있는 것을 시각화하는 데 어려움을 겪고 있으며 간단한 그림이 물건을 명확히 할 것이라고 믿습니다. 또한 시트가 어떻게 가열되는지 설명하십시오. 예를 들어, 올바른 온도에 도달 할 때까지 가열 된 후 냉각 될 수 있습니까? 그렇다면 얼마나 식을 수 있습니까? 계속 가열되면 핀이 맞습니까? 얼마나 오래 가열됩니까? 기타

— Ben Trettel

열전달 계수 및 열전도율이 알려져 있거나 측정 가능한 경우 1D 열전달 모델에서 스킨 두께를 추정 할 수 있습니다. Ben Trettel이 지적했듯이 질문에 대한 설명이 도움이 될 것입니다.

— wwarriner

@ starrise : 예, 같은 것을 시도하려고했습니다. 내가 의도 한 접근 방식의 개요 : 1D 열전달 모델을 기반으로 재료의 두께를 추정 합니다 (위상 변화로 인해 복잡함 ). 그런 다음 액상이 계산에 영향을 미치지 않는다고 가정하고 재료가 완벽하게 플라스틱이라고 가정하면 재료의 인성을 계산하고 재료를 통과하는 데 필요한 에너지의 추정치를 얻는 데 사용하십시오. 제안은 환영합니다. 이 방법으로 얻을 수있는 답은 매우 근사하지만 충분히 정확할 것입니다.

— 벤 Trettel

나는 지난 밤 실현 힘이 아니라 에너지가 요구된다. 에너지가 더 적절하다고 생각하지만, 사용하려는 모델에서 (원료의 원통형 컷 아웃 만 압축한다고 가정하면 완벽하게 플라스틱 임) 힘은 여기서 는 항복 응력이고 는 접촉 영역입니다. 여기에는 많은 가정과 근사가 있지만 (모두 주석에 맞는 것은 아닙니다)이 근사에서 주된 문제는 항복 응력을 찾는 것입니다.이 응력은 고체 필름의 온도에 대해서는 알려지지 않을 수 있습니다.

F = σ_{y} A

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

σ_{y}

$\sigma_\text{y}$

A

$A$

— Ben Trettel