23316

بررسي تأثير بارگذاري خارج از صفحه بر رفتار شكست فوم پلي‌اورتان داراي شيار

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك- طراحي كاربردي

97-99

1399/11/29

دكتر مجيدرضا آيت اللهي

مهندسي مكانيك

با پيشرفت تكنولوژي و گسترش صنايع نياز به مواد جديد و عملكرد بالا بيش از پيش احساس مي‌شود. امروزه شاهد افزايش استقبال از فوم‌هاي پليمري سخت مانند فوم‌هاي پلي‌اورتان ( PUR)0F در بسياري از كاربردهاي صنعتي هستيم. ويژگي‌هاي منحصربه‌فرد اين فوم‌ها از قبيل استحكام به وزن مناسب، عايق حرارتي عالي و جاذب ضربه بالا باعث شده است تا جايگزيني مطمئن براي مواد اوليه صنايع امروز ما باشد. تحقيقات گسترده بر خواص مكانيك شكست و حرارتي اين فوم گواه بر اهميت روزافزون اين فوم‌ها براي محققين عصر حاضر است. در اين پايان‌نامه، يك مجموعه آزمايش‌هاي جديد تحت شرايط بارگذاري برشي خارج صفحه‌اي، با استفاده از پيكربندي خمش چهار نقطه پاد متقارن (1F ASFPB)، بر روي نمونه‌هاي شياردار U شكل و V شكل نوك‌گرد با زاويه دهانه شيار و شعاع نوك شيار متفاوت از جنس فوم سخت پلي‌اورتان صورت گرفت و ظرفيت باربري اين قطعات به‌صورت تجربي اندازه‌گيري شد. با استفاده از بارهاي بحراني شكست به‌دست‌آمده از نتايج تجربي، به كمك مدل المان محدود و روابط ارائه‌شده، ضرايب شدت تنش شيار متناظر با آن‌ها حاصل شد؛ سپس به كمك دو معيار حوزه شكست ترد، معيار حداكثر تنش محيطي (معيار تنش نقطه‌اي) و معيار تنش متوسط، منحني‌هاي حد شكست نمونه‌هاي آزمايشگاهي به‌صورت تئوري پيش‌بيني گرديد. درنهايت نتايج حاصله در قالب ضرايب شدت تنش نمونه‌هاي فوم سخت پلي‌اورتان شياردار با هندسه متفاوت ارائه گرديد و با نتايج به‌دست‌آمده از معيارهاي استفاده‌شده به‌صورت نمودارهاي حد شكست مقايسه كمي و كيفي گرديد. با بررسي نتايج تجربي، افزايش 108 درصدي در ظرفيت باربري نمونه‌هاي داراي شيار V شكل نسبت به شيار U مشاهد شد. اختلاف بين نتايج تجربي و مقادير تئوري بر مبناي حد شكست دو معيار استفاده‌شده، بيانگر دقت قابل‌قبول هر دو معيار ارائه‌شده براي فوم سخت پلي‌اورتان است و در ادامه دلايل بروز اختلاف بين نتايج تجربي و مقادير تئوري توضيح داده شد.

1400/01/17

Fracture behavior investigation of notched polyurethane foam under out-of-plane loading condition

2/17/2021 12:00:00 AM

With the advancement of technology and the expansion of industries, the need for new materials and high performance is felt more than ever. Today, we see an increase in the popularity of polymeric rigid foams such as polyurethane foams (PUR) in many industrial applications. The unique properties of these foams such as suitable strength to weight, excellent thermal insulation and high impact absorption have made them a reliable materials for our industries. Extensive research on the fracture mechanic and thermal properties of this foam indicates the growing importance of these foams for modern researchers. In this thesis, a new set of experiments are conducted under out-of-plane shear loading, using an anti-symmetric four-point bending configuration (ASFPB), on U-shaped and blunt V notched specimens with various notched opening angle and tip radii. The specimens were made of rigid polyurethane foam and the load-carrying capacity of these specimens was measured experimentally. Using the critical fracture loads obtained from the experimental results, with the help of the finite element analysis and the presented equations, the corresponding notch stress intensity factors were achieved. Then, using two criteria of brittle fracture field, i.e. the maximum tangential stress theory (point stress criterion) and mean stress criterion, the failure limit curves were predicted theoretically. Finally, the results were presented in the form of notched stress intensity factors with different geometries and were compared quantitatively and qualitatively with the results obtained from the failure limit diagrams related to those criteria. The difference between the experimental results and the theoretical values based on the failure limit of the two criteria indicates the acceptable accuracy of both criteria. The reasons for the difference between the experimental results and the theoretical values were discussed.

فوم سخت پلي‌اورتان , شكست ترد , چقرمگي شكست شيار , شيار V شكل نوك‌گرد , معيار تنش متوسط , معيار تنش نقطه‌اي

Polyurthane rigid foam , Brittle fracture , Notch fracture toughness , Blunt V-notch , U-notch, Mean stress (MS) criterion , Point stress (PS) criterion