Misure di stress meccanico su elastici C4 BLACKBULL

a cura del Dott. Mario Buongiovanni.

Premessa

Sono state condotte misure di densità, modulo elastico, rilassamento e velocità di contrazione su due set di campioni dell’elastico BLACKBULL: un set è relativo al prodotto con diametro esterno nominale pari a 16 millimetri e l’altro è relativo al prodotto con diametro esterno nominale pari a 17.5 millimetri.
Il foro interno è di circa 3 millimetri, mentre le dimensioni della sezione esterna del tubo rispettano molto bene le misure dichiarate.

Densità

La densità di un elastico gioca due differenti ruoli nel bilanciamento dei fucili subacquei: da un lato ne modifica la galleggiabilità complessiva; dall’altra influisce sulle performances di velocità di contrazione.
Le misure di densità del BLACKBULL sono state ricavate da due serie di quindici misurazioni dirette di volume e peso con microbilancia sui campioni appena ricevuti alla temperatura ambiente di 16°C.
Tutti i campioni hanno mostrato una densità compresa tra 916 e 921 Kg/m3.






Non vi è una differenza statisticamente significativa tra le medie dei due campioni (16.0 mm e 17.5 mm) utilizzando il metodo LSD di Fisher. La densità media del materiale a disposizione è compresa tra 918 e 919 Kg/m3.
Il BLACKBULL ha quindi una mescola relativamente leggera.

Curve di carico e scarico

Le curve di carico e scarico offrono una misura dell’energia necessaria a caricare l’arbalete e dell’energia che esso sarà in grado di restituire.
Le misure sono state eseguite alla temperatura ambiente di 16°C su campioni pre-strained in modo da eliminare il contributo dissipativo dell’effetto Mullins. Per il test sono stati impiegati provini da 20 cm circa, da legatura a legatura.
E’ stato valutato il ciclo di isteresi sia in termini di forza al variare della deformazione, F = F(l), sia in termini di sforzo (o stress) F/S = s(l), dove  rappresenta la deformazione relativa (o strain) subita dal provino e S è l’area della sua sezione. Usualmente nel settore della pesca subacquea si preferisce indicare il fattore di allungamento j = 1 + l  (esempio x4 o 400%) piuttosto che la deformazione relativa l (x3 o 300%).
Tutti i test sono stati eseguiti con velocità di deformazione costante sia in fase di carico che in fase di scarico portando il provino ad una deformazione relativa pari a x3 (fattore di allungamento x4) in un minuto e, dopo 10 secondi di pausa, riportandolo alla lunghezza di riposo sempre a velocità costante in un minuto.

È opportuno notare che i valori di carico riportati nei grafici sono relativi ad un singolo lineare lungo 20 centimetri. Quindi per ottenere il valore di carico di un circolare o di una coppia di lineari, sarà necessario moltiplicare per due: ad esempio si vede che il 17.5 caricato con allungamento x4 imporrebbe una trazione di ben 2x40 kg = 80kg.
Si sottolinea che le curve di carico e scarico dipendono dalla temperatura in modo più o meno marcato a seconda del tipo di mescola. Ad esempio il carico del BLACKBULL da 17.5 con fattore x4, a 16°C è di circa 40 kg, ma a 25°C sarà ben superiore, come a 7°C sarà inferiore.



Misure di rilassamento

Il rilassamento è il fenomeno per cui un elastico caricato con una determinata forza, dopo un certo lasso di tempo, restituisce una forza inferiore dipendente proprio dall’ammontare di tempo trascorso dal momento del caricamento.
Sono stati eseguiti due set di misure di rilassamento isotermo alle temperature di 16°C e 7°C imponendo un fattore di allungamento prefissato pari a x3.5 e acquisendo il dato di stress a tempi prestabiliti (0 s, 30 s, 120 s, 300 s, 900 s, 1800 s).
La scelta delle due temperature di riferimento di 16°C e 7°C si deve al fatto che esse sono, approssimativamente, le temperature di esercizio invernali che si potrebbero incontrare rispettivamente in mare e in lago. Rappresentano, dunque, le condizioni di utilizzo più critiche per un elastico da pesca.
Nei grafici si riporta sia il rilassamento della forza F(t), sia la percentuale residua di carico, F(t)/F0.




Velocità di contrazione libera

La velocità di contrazione libera, cioè in assenza di una massa da sospingere, è una caratteristica intrinseca della mescola e offre un modo di caratterizzare la risposta di un elastico indipendentemente dall’asta che dovrà proiettare.
Per la misura si impiega un sensore optoelettronico che registra la velocità di contrazione del capo libero in funzione del fattore di allungamento per un fattore di allungamento pari a x2.5 e per un fattore pari a x3.5. Ai dati sperimentali è poi stata sovrapposta la curva teorica di velocità di contrazione libera al variare del fattore di allungamento per dare l’idea di quale sarebbe la velocità di contrazione per ogni fattore di allungamento fino a x4.