28372

پيش بيني عمر خستگي الاستومر وايتون حاوي نانو ذرات گرافن

كارشناسي ارشد

مكانيك

1399

1401/12/23

دكتر فتح اله طاهري بهروز

مهندسي مكانيك

قطعات الاستومري در شرايط بارگذاري سيكلي اغلب به دليل كاهش سفتي به مقداري كه باعث ‌مي‌شود قطعه ديگر عملكرد سازه‌اي نداشته باشد، دچار شكست ‌مي‌شوند. تحقيقات قبلي نشان داده‌اند كه رويكرد مكانيك شكست مي‌تواند شكست خستگي را در قطعات الاستومري با استفاده از روش تحليل المان محدود پيش‌بيني كند. الاستومرها و الاستومرهاي تقويت شده با نانو ذرات در كاربردهاي سازه‌اي متنوعي مورد استفاده قرار ‌مي‌گيرند كه از جمله آن ‌مي‌توان به او-رينگ‌ها اشاره نمود. به دليل كاربرد گسترده در صنعت، نياز است كه رفتار خستگي اين مواد مورد بررسي قرار گيرند. در اين ‌‌پژوهش رويكردي كه براي ‌‌پيش‌بيني عمر خستگي الاستومرها در حالت خالص و پر شده، ارائه شده است رشد ترك خستگي بوده و كميت انرژي پارگي به عنوان پارامتر آسيب انتخاب شده است. ماده مورد بررسي الاستومري مصنوعي به نام وايتون است كه با 15درصد نانو ذره گرافن تقويت ‌مي‌شود. آزمايش پارگي بر روي هر دو نمونه انجام شده و مقادير بحراني نرخ رهاسازي انرژي كرنشي به دست آمدند، جهت بررسي پديده خستگي، نمونه‌هايي از ماده تحت بارگذاري خمشي سيكلي قرار گرفتند و رشد ترك خستگي بر حسب عمر براي آنها ثبت شد. از مدلسازي نمونه‌هاي خستگي خمشي در نرم افزار آباكوس و به روش كسترش ترك مجازي در حالت سه بعدي، ‌‌پيش‌بيني عمر خستگي قطعات تحت شرايط بارگذاري چند محوره و هندسه پيچيده انجام شد. نتايج به دست آمده نشان دهنده افزايش استحكام كششي به ميزان 9.9 درصد، كاهش كرنش حداكثر به ميزان 60 درصد و همچنين افزايش مقاومت به پارگي به ميزان 25.58 درصد در الاستومر وايتون با افزودن نانو ذرات گرافن بود. عمر گسترش ترك خستگي با افزودن نانو ذرات گرافن به ماده الاستومري به علت افزايش سطح نرخ رهاسازي انرژي كرنشي در هنگام بارگذاري سيكلي خمشي كاهش يافت و همچنين توانايي مدل گسترش ترك مجازي در پيش بيني عمر خستگي الاستومرها در حالت خالص و پر شده به خوبي نشان داده شد.

1402/03/17

Fatigue life prediction of Viton elastomer filled with Graphene nanoparticles

3/13/2024 12:00:00 AM

Elastomeric componenets under cyclic loading conditions often fail due to stiffness reduction to the extent that the part no longer has structural performance. Previous research has shown that the fracture mechanics approach can predict fatigue failure in elastomeric parts using the finite element analysis method. Elastomers and elastomers reinforced with nanoparticles are used in various structural applications, including O-rings. Due to their widespread use in industry, there is a need to investigate the fatigue behavior of these materials. In this study, the approach presented to predict the fatigue life of elastomers in pure and filled state is fatigue crack growth and the amount of tearing energy is chosen as the damage parameter. The material under investigation is a synthetic elastomer called Viton, which is reinforced with 15% graphene nanoparticles. The tear test was performed on both samples and the critical values of the strain energy release rate were obtained. In order to investigate the fatigue phenomenon, samples of the material were subjected to cyclic flexural loading and the fatigue crack growth was recorded for them in terms of life. From the modeling of bending fatigue samples in Abaqus software and the virtual crack extension method in 3D mode, fatigue life prediction of parts under multiaxial loading conditions and complex geometry was done. The obtained results showed an increase in tensile strength by 9.9%, a decrease in maximum strain by 60%, and an increase in tear resistance by 25.58% in Viton elastomer with the addition of graphene nanoparticles. Fatigue crack propagation life was reduced by adding graphene nanoparticles to the elastomeric material due to the increase in strain energy release rate during cyclic flexural loading, and also the ability of the virtual crack extension model to predict the fatigue life of elastomers in pure and filled state has been well demonstrated.

مدلسازي خستگي الاستومرها , روش تعادل انرژي , الاستومر وايتون , نانو ذرات گرافن

: Fatigue modeling of elastomers , Energy balance method , Viton elastomer , Graphene nanoparticles

safoura vafaei

Dr. Fatollah Taheri behrooz