25343

بررسي تجربي و عددي رفتار خستگي چند محوره الاستومرهاي مغناطيسي

دكتري

مهندسي خودرو گرايش سازه و بدنه

1394-1400

1400/6/24

پروفسور محمد حسن شجاعي فرد و دكتر حامد سعيدي گوگرچين

مهندسي خودرو

با توجه به پيشرفت روز افزون تكنولوژي و رقابت در صنايع مختلف همچون خودروسازي، بكارگيري مواد هوشمند كه امكان كنترل رفتار را فراهم خواهد نمود، امري اجتناب‌ناپذير است. بكارگيري الاستومرهاي مغناطيسي در خودرو و ساير صنايع در دهه اخير بروز نموده و در حال رشد مي‌باشد. با توجه به ماهيت امكان تغيير سفتي و ميرايي اين مواد تحت شرايط كاري، لذا عموماً اين مواد به عنوان بوش‌هايي كه تحت بارهاي نوساني چند محوره مي‌باشند، مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اگر چه كه مطالعات بسياري در خصوص عملكرد رئولوژيكال اين مواد انجام شده است و مدل‌هاي تك جهته متنوعي براي توصيف رفتار تك جهته آنها در سيستم‌هاي تعليق خودرويي و غير خودرويي پيشنهاد شده است ولي به دليل محدوديت‌ها و پيچيدگي رفتار سازه‌اي، خستگي اين قطعات كمتر مورد توجه قرار گرفته است. در اين پژوهش به بررسي عددي و تجربي رفتار خستگي چند محوره الاستومرهاي مغناطيسي پرداخته شده است. ابتدا نحوه ساخت و مشخصه‌يابي تجربي به منظور استخراج ثوابت مادي هايپرالاستيك، مگنت و ويسكوالاستيك الاستومرهاي مغناطيسي ارائه شده است. با مطالعه تئوري‌هاي موجود به منظور بررسي رفتار الاستومرهاي مغناطيسي، مدل ويسكو-هايپر-مگنت پيشنهاد شده است. پس از استخراج ثوابت مادي و به منظور استخراج عمر نمونه‌هاي الاستومري از آزمون‌هاي خستگي چند محوره استفاده شده است. نتايج شبيه‌سازي‌هاي المان محدود فرآيند آزمون خستگي در نرم‌افزار كامسول، منجر به بدست آوردن مقادير چگالي انرژي كرنش براي هر يك از نمونه‌ها در حالات مختلف آزمايش شد. با استفاده از مقادير عمر و چگالي انرژي كرنش، اقدام به ترسيم نمودارهاي عمر بر حسب چگالي انرژي كرنش شد و سپس روابطي به منظور تخمين عمر نمونه‌هاي الاستومري در حضور و غياب ميدان‌هاي مغناطيسي بدست آمد. نتايج نشان داد كه طول عمر نمونه‌هاي الاستومري با افزايش درصد حجمي ذرات كربونيل آهن درون بستر سيليكوني، با افزايش ميدان مغناطيسي، رابطه خطي ندارد. همچنين افزايش ميدان مغناطيسي منجر به افزايش سفتي در نمونه‌ها شده است كه نتيجه اين موضوع را مي‌توان افزايش فعل و انفعالات بين ذرات مغناطيسي درون بستر الاستومر دانست. سفتي بالاتر باعث مقاومت بيشتر ماده شده و در نهايت منجر به كاهش ميزان كار اتلافي در نمونه‌هاي الاستومري خواهد شد. پارامتر تأثيرپذيري از ميدان نيز با افزايش ميدان مغناطيسي به دليل مقاوم‌تر شدن نمونه‌ها، بالاتر مي‌رود.

1400/07/18

Exprimental and numerical investigation of multi-axial fatigue behavior of magnetorheological elastomer

10/9/2022 12:00:00 AM

Due to the increasing advancement of technology and competition in various industries such as automotive, smart materials usage that will allow behavior control is inevitable. The use of magnetic elastomers in automobiles and other industries has emerged in the last decade and is growing. Due to the nature of the possibility of changing the stiffness and damping of these materials under working conditions, these materials are generally used as bushes that are subject to multi-axial oscillating loads. Although many studies have been performed on the rheological performance of these materials and various uniaxial models have been proposed to describe their uniaxial behavior in automotive and non-automotive suspension systems, due to the limitations and complexity of structural behavior, fatigue of these components is less considered. In this research, numerical and experimental study of fatigue behavior of multi-axial magnetic elastomers has been investigated. At first, the fabrication method and experimental characterization for extraction of hyper-elastic, magnet and viscoelastic material constants of magnetic elastomers are presented. By studying the existing theories to investigate the behavior of magnetic elastomers, the visco-hyper-magnet model is proposed. After extracting the material constant and in order to extract the life of elastomeric samples, multi-axial fatigue tests have been used. The results of finite element simulations of the fatigue test process in Comsol software resulted in obtaining the values of strain energy density for each of the samples in different test conditions. Using the values of life and strain energy density, life graphs were plotted in terms of strain energy density and then relationships were obtained to estimate the life of elastomer specimens in the presence and absence of magnetic fields. The results showed that the life of elastomeric samples with increasing the volume percentage of iron carbonyl particles in the silicon substrate do not have a linear relationship with increasing the magnetic field. Also, the increase of the magnetic field has led to an increase in stiffness in the samples, which can be considered as an increase in the interactions between the magnetic particles inside the elastomer substrate. Higher stiffness leads to greater strength of the material and ultimately leads to a reduction in wasted work in elastomeric specimens. The field-effect parameter also raises with increasing magnetic field due to the position of the samples.

الاستومرهاي مغناطيسي , خستگي , بارگذاري‌هاي چند محوره , مدل ويسكو- هايپر- مگنت

Magnetorheolgical elastomers , Fatigue , Multi-axial loads , Visco-Hyper-Magnet model