بررسي گسيختگي قطعات لاستيكي در حضور ترك و شيار با يا بدون تقويت توسط نانوذرات

دكتري تخصصي

هدف اصلي رساله دكتري حاضر، بررسي پارگي قطعات لاستيكي در حضور ترك و شيار است. براي نيل به اين هدف، بررسي پارگي قطعات لاستيكي در دو زمينه دنبال شده است. در گام اول و در فاز تجربي، با توجه به عدم وجود نتايج تجربي كافي براي قطعات هايپرالاستيك داراي عامل تمركز تنش در پژوهش¬هاي پيشين (خصوصاً قطعات لاستيكي داراي شيار)، آزمون¬هايي تجربي در اين حوزه صورت پذيرفته است. از طرف ديگر، با توجه به توسعه فناوري نانو و پيشرفت روش¬هاي ساخت نانوكامپوزيت¬ها در طي ساليان اخير، استفاده از نانوذرات به‌عنوان تقويت¬كننده درون لاستيك¬ها نيز طي دهه اخير مورد توجه قرارگرفته است. از همين رو، آزمايش¬هايي بر روي قطعات لاستيكي حاوي نانوكلي در حضور ترك و شيار نيز در اين پژوهش صورت گرفته است. در گام دوم، معيارهايي براي پيش¬بيني بار پارگي مواد هايپرالاستيك در حضور ترك و شيار، با يا بدون تقويت توسط نانوذرات ارائه و درنهايت مقايسه ميان دقت اين معيارها صورت پذيرفته است. در همين راستا، سه معيار مختلف در پژوهش حاضر ارائه و بسط داده‌شده‌اند: ارائه معيار كشيدگي مؤثر بر پايه فيزيك لاستيك و ميكرومكانيك زنجيره¬ها، ارائه معيار حداكثر كرنش لگاريتمي مماسي و بسط معيار حداكثر چگالي انرژي كرنشي متوسط براي استفاده در مواد هايپرالاستيك. نكته حائز اهميت در ارائه و يا بسط اين دسته از معيارها، وجود حالت تقريباً تك¬محوره تنش در اطراف محل تمركز تنش بوده است كه اين نكته با استفاده از مدل‌سازي المان محدود صورت گرفته در اين پژوهش به اثبات رسيده است. نتايج آزمون¬هاي تجربي نشان مي¬دهد كه مستقل از نوع عامل تمركز تنش و مود بارگذاري، پارگي لاستيك‌ها تقريباً در مسيري افقي و عمود بر راستاي بارگذاري اتفاق افتاده است. همچنين، مشاهده‌شده است كه تأثير نانوكلي بر روي جابجايي بحراني قطعات شياردار مشهودتر از قطعات داراي ترك بوده است كه علت اين امر با استفاده از حالت تنش در اطراف نوك ترك و شيار و ميزان مشابهت آن با وضعيت تنش در آزمون كشش ساده توجيه شده است. از صحت¬سنجي معيارهاي ارائه‌شده با نتايج متعدد تجربي صورت پذيرفته مي¬توان دريافت كه حداكثر ميانگين درصد خطاي موجود براي هر معيار كمتر از هفت درصد بوده است كه اين مطلب گواه دقت بالاي هر سه معيار ارائه‌شده است. ضمن آنكه، مقادير پيش¬بيني¬شده توسط معيارهاي سه¬گانه براي لاستيك¬هاي حاوي نانوكلي تطابق بسيار مناسبي با مقادير متناظر تجربي داشته است كه نشان از كارايي اين معيارها در پيش¬بيني پارگي قطعات لاستيكي حاوي نانوذرات دارد. بااين‌حال، معيار كشيدگي مؤثر كه معياري بر پايه فيزيك لاستيك بوده است، بهترين دقت را در پيش¬بيني بار پارگي در ميان سه معيار داشته است. درنهايت و با بررسي معيارهاي سه¬گانه ارائه‌شده از جوانب مختلف، مي¬توان معيار حداكثر كرنش مماسي لگاريتمي را به دليل پيش¬بيني دقيق و توأمان بار و زاويه شروع پارگي براي لاستيك¬هاي متفاوت و در حالات مختلف تمركز تنش و مود بارگذاري، به‌عنوان بهترين معيار معرفي نمود.

191542

دانشگاه علم و صنعت ايران

پروفسور فيليپو برتو

مكانيك جامدات - طراحي كاربردي

دكتر مجيدرضا آيت اللهي