بررسي گسيختگي قطعات لاستيكي داراي شيار V- شكل ته گرد با معيار چگالي انرژي كرنشي متوسط

كارشناسي ارشد

چكيده امروزه مواد هايپرالاستيك نظير لاستيك ها و الاستومرها جايگاه مهمي در پژوهش ها و صنايع مرتبط پيداكرده است. ساختمان شبكه اي متشكل از زنجيره هاي پليمري، عامل بروز ويژگي هاي منحصربه‌فردي ازجمله قابليت كشساني بالا، تغيير شكل تماماً الاستيك و رفتار آنتروپي غالب در اين‌گونه مواد شده است. در اين ميان پژوهشگران علاوه بر بررسي شكست مواد ترد در حضور عوامل بروز تمركز تنش، رفتار اين دسته از مواد را نيز مورد مطالعه ي خود قرار داده اند؛ به‌طوري‌كه معيارهايي مبتني بر گسيختگي مواد لاستيكي ارائه‌شده است. از طرف ديگر، يكي از معيارهاي بر پايه انرژي كه به دليل سادگي در استفاده و دقت بالا مورد توجه پژوهشگران قرارگرفته است معيار چگالي انرژي كرنشي متوسط مي باشد. اين معيار كه بيش تر براي مواد ترد مورد استفاده قرارگرفته است، اخيراً براي نمونه هاي لاستيكي داراي ترك نيز بسط داده‌شده است. با بررسي پژوهش هاي پيشين مي توان دريافت كه عليرغم اهميت شيار V شكل ته گرد، پژوهشي در حضور اين نوع عامل تمركز تنش در مواد هايپرالاستيك صورت نپذيرفته است. به همين منظور هدف از پايان نامه ي حاضر، بررسي گسيختگي مواد لاستيكي داراي شيار V شكل ته گرد با بهره گيري از معيار چگالي انرژي كرنشي متوسط مي باشد. اين امر مبتني بر انجام آزمايش هاي تجربي و بررسي هاي عددي بوده است. در فاز تجربي، با تغيير توأمان عمق، زاويه بازشدگي و قطر انتهاي شيار، درمجموع 54 آزمون گسيختگي براي نمونه هاي شياردار صورت پذيرفته است كه در تمامي موارد پارگي از ناحيه ي انتهايي شيار و در مسيري تقريباً افقي (عمود بر راستاي بارگذاري) رخ‌داده است. در ادامه و در فاز عددي پژوهش، با در نظر گرفتن مدل مادي منطبق بر رفتار آزمون كشش ساده نمونه هاي لاستيكي مورد بررسي، پس از تأييد ملزومات لازم جهت به‌كارگيري اين معيار در مواد هايپرالاستيك (نظير حالت تك ‌محوري تنش و هلالي بودن منحني هاي هم تراز چگالي انرژي كرنشي در اطراف نوك شيار)، پارامترهاي مهم معيار مذكور از قبيل چگالي انرژي كرنشي بحراني و شعاع بحراني مشخص شدند. در پايان ميزان جابجايي بحراني نمونه هاي لاستيكي از طريق مدل سازي المان محدود و به‌كارگيري معيار فوق پيش‌بيني‌شده و با نتايج حاصله از انجام آزمون هاي گسيختگي نمونه هاي شياردار مورد مقايسه و بحث قرار گرفت. اختلاف ميانگين كمتر از ده درصد بين نتايج تجربي و تخمين هاي معيار مذكور براي نمونه هاي با قطر شيار كم (2 و 3 ميلي متر) گوياي صحت و دقت معيار مربوطه براي نمونه هاي تأثيرپذير از وجود شيار بوده است. بعلاوه، مشاهده‌شده است كه براي نمونه هاي با قطر شيار بزرگ تر (5 ميلي متر)، اين معيار عملاً كارايي نداشته كه با تحليل هاي صورت پذيرفته، مشخص‌شده است كه در نمونه هاي با قطر شيار 5 ميلي متر، در عمل شيار از بين رفته و وجود شيار در نمونه هاي لاستيكي داراي اين قطر تأثيري نداشته است. درنتيجه، عدم كارايي معيار در اين‌گونه موارد كاملاً توجيه‌پذير است. واژه‌هاي كليدي: نمونه هاي لاستيكي، شيار V شكل ته گرد، مدل مادي هايپرالاستيك، معيار چگالي انرژي كرنشي متوسط، مدل سازي المان محدود.

192069

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي كاربردي

دكتر مجيدرضا آيت اللهي