30543

بررسي پارگي قطعات لاستيكي داراي كرنش بسيار زياد و در حضور ترك در مود يك بارگذاري

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1400

1402/11/29

دكتر مجيدرضا آيت اللهي

دكتر مهدي حيدري ميبدي

مهندسي مكانيك

در سال هاي اخير پژوهش هاي زيادي با استفاده از علم مكانيك شكست بر روي مواد جديد، مانند الاستومرها و لاستيك ها صورت گرفته است. وجود عامل تمركز تنش در مواد الاستومر و لاستيكي مي تواند عملكرد آن ها را تحت تأثير قرار داده و موجب كاهش عمر مفيد آن ها شود؛ در نتيجه براي پيش بيني پارگي در اين دسته از مواد معيارهايي پيشنهاد مي شود. به دليل رفتار غيرخطي مادي و هندسي، استفاده از معيارهاي معرفي شده براي مواد ترد و شبه ترد در مواد لاستيكي محدود شده و در بعضي مواقع غير ممكن مي گردد. در اين پژوهش بررسي شد كه مواد لاستيكي با قابليت تغيير شكل زياد و داراي ترك در حين بارگذاري كششي، پديده اي با عنوان حذف ترك از خود نشان مي دهند. در اين حالت در مرحله اي از آزمون گسيختگي، اثر تمركز تنش بعد از مدتي تا حد زيادي از بين رفته و پس از آن قطعه مانند حالتي رفتار مي كند كه گويا تركي در آن وجود نداشته و پس از آن پاره مي شود. در اين پژوهش يك معيار جديد براي تشخيص "لحظه حذف ترك" و به دنبال آن تشخيص "لحظه پارگي نهايي" در اين دسته از مواد ارائه شده است. براي اين منظور در ابتدا به دليل عدم وجود نتايج تجربي كافي، آزمون هاي تجربي در اين حوزه صورت گرفته است. در ادامه معياري براي تشخيص لحظه حذف ترك و به دنبال آن تشخيص لحظه پارگي معرفي شده است. براي استفاده از اين معيار تنها نياز به دو آزمون تجربي مي باشد: يك آزمون كشش ساده نمونه دمبلي شكل و يك آزمون گسيختگي نمونه ترك دار كه اين سهولت در استفاده، از مزيت هاي معيار معرفي شده مي باشد. نتايج بدست آمده از آزمون هاي تجربي نشان مي دهد كه رشد ترك و پارگي براي همه نمونه ها در جهت افقي و عمود بر راستاي بارگذاري صورت گرفته است. همچنين با مقايسه نتايج بدست آمده براي لحظه حذف ترك در حالت تجربي، مشاهده شد كه حذف ترك براي همه طول ترك هاي آزمايش شده، در زمان اعمال بيست تا سي درصد بارگذاري اتفاق مي افتد. از صحت سنجي معيار ارائه شده با نتايج آزمون تجربي مي توان دريافت كه درصد خطاي مشاهده شده در كل اين پژوهش، كمتر از دوازده درصد بوده كه اين مطلب نشان دهنده دقت بالاي معيار معرفي شده مي باشد.

1402/12/09

Fracture analysis of highly deformable rubber-like materials containing a crack and loaded in Mode-I condition

2/17/2025 12:00:00 AM

In recent years, extensive research has been conducted using fracture mechanics on new materials such as elastomers and rubbers. The presence of stress concentration factors in elastomeric and rubbery materials can influence their performance and lead to a reduction in their service life. Therefore, presentation of a new criterion for prediction of fracture in this type of materials is recommended. Due to the geometric and nonlinear material behaviors of rubberlike materials, the use of previous criteria for brittle and quasi-brittle materials is limited and sometimes impossible. This research investigates a physical phenomenon exhibited by rubbery materials with high deformability and pre-existing crack during uniaxial tensile loading, named here as "crack removal" phase. In this condition, stress concentration effects diminish significantly after a certain period of time, the specimen behaves such that it has no crack, undergo nearly simple tensile state until final rupture. A novel criterion for detecting the crack removal load and subsequently, predicting the fracture load is introduced for this kind of materials. To implement this criterion, only two experimental tests are required, highlighting the advantage of the proposed criterion: a simple tensile test on a dumbbell-shaped specimen and a fracture test on a cracked specimen. The results of experimental tests indicated that crack growth and fracture occurred in all specimens in the nearly horizontal path and perpendicular directions to the loading axis. Moreover, by comparing the experimental results for the crack removal load, it was observed that crack removal occurred for all tested crack lengths at 20 to 30 percent of the applied load. The comparison of the proposed criterion with experimental results indicated that the error obtained for the crack removal load and fracture load is less than 11.44% and the average error is less than 8%, demonstrating the high accuracy of the introduced criterion.

Mehrdad Enteshari

Dr Majidreza Ayatollahi