پيش بيني بار پارگي مواد هايپرالاستيك داراي شيار U- شكل با استفاده از معيار چگالي انرژي كرنشي متوسط

كارشناسي ارشد

امروزه مواد هايپرالاستيك (مانند لاستيك¬ها و الاستومرها)، به خاطر ويژگي¬هاي مكانيكي منحصربه‌فرد خود ازجمله قابليت كشساني زياد و بازگشت¬پذيري تقريباً كامل هنگام باربرداري، موردتوجه بسياري از صنايع و محققين قرارگرفته است. بااين‌حال، وجود هرگونه عامل تمركز تنش در مواد لاستيكي سبب تضعيف عملكرد بهينه اين مواد مي¬شود. ازاين‌رو، پژوهشگران رفتار شكست اين دسته از مواد را موردمطالعه قرار داده¬اند و معيارهايي مبتني بر پارگي مواد لاستيكي ارائه داده¬اند. يكي از معيارهاي ارائه‌شده با دقت بالا، معيار چگالي انرژي كرنشي متوسط (ASED) بوده است كه در پژوهش¬هاي پيشين براي بررسي رفتار شكست مواد هايپرالاستيك در حضور ترك به¬كار برده شده است. از طرف ديگر، شيار U ـ شكل يكي از پركاربردترين شيارهاي مورداستفاده در قطعات لاستيكي است. نواحي اطراف اين نوع شيار به دليل وجود تنش¬هاي زياد، به¬عنوان محتمل¬ترين نواحي براي شروع پارگي شناخته مي¬شوند. بررسي جامع پژوهش¬هاي پيشين نشان مي¬دهد كه تاكنون رفتار شكست قطعات لاستيكي در حضور شيار U ـ شكل موردبررسي قرار نگرفته است. از همين رو، در اين پژوهش به پيش-بيني بار پارگي قطعات لاستيكي داراي شيار U ـ شكل با استفاده از معيار ASED پرداخته شده است. بدين منظور آزمايش‌هاي تجربي براي مواد لاستيكي در حضور شيار U ـ شكل در شعاع¬ها و عمق¬هاي مختلف شيار انجام گرفت. مشاهده تصاوير پارگي نمونه¬ها بعد از آزمون نشان داد كه پارگي نمونه¬ها تقريباً از نوك شيار شروع‌شده و پارگي به‌صورت افقي و عمود بر راستاي بارگذاري است. سپس با استفاده از مدل¬سازي عددي، يك مدل مادي هايپرالاستيك كه بهترين تطابق را با آزمون كشش ساده داشت، به لاستيك موردبررسي اختصاص داده شد. در ادامه، حالت تقريباً تك-محوره تنش در نزديكي نوك شيار و هلالي شكل بودن ناحيه حجم كنترل اطراف شيار Uـ شكل اثبات گرديد. درنهايت معيار ASED به مواد هايپرالاستيك داراي شيار U ـ شكل بسط داده و براي پيش¬بيني بار پارگي نمونه¬هاي مورد آزمون به¬كار گرفته شد. مقايسه نتايج نشان از آن دارد كه ميانگين درصد اختلاف براي شيارهايي با شعاع كم (1 و 5/1 ميلي¬متر) حدود 7 درصد است كه نشان از كارايي بالاي معيار ASED در اين موارد دارد؛ اما براي شيار با شعاع زياد (5/2 ميلي¬متر)، پيش¬بيني معيار تطابق خوبي را با نتايج تجربي نداشته است. دليل عدم كارايي اين معيار براي شيار با شعاع بزرگ، حذف اثر شيار به علت كشيدگي زياد مواد لاستيكي بيان شده است. واژه‌هاي كليدي: معيار چگالي انرژي كرنشي متوسط، مواد هايپرالاستيك، لاستيك، شيار Uـ شكل، مدل¬سازي المان محدود

192473

دانشگاه علم و صنعت ايران

مكانيك جامدات - طراحي كاربردي

دكتر مجيدرضا آيت اللهي