مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی اثر نرخ کرنش بر رفتار ماده الاستومری(HDPE/POE)تقویت شده با ذرات نانوسیلیکا در بارگذاری شبه استاتیکی و دینامیکی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند تبریز
2 هیئت علمی - دانشگاه صنعتی سهند
3 گروه مهندسی مکانیک دانشکده فنی- مهندسی دانشگاه خوارزمی تهران ایران
چکیده
الاستومرها دسته ای از مواد پلیمری با ویژگی‌های منحصر به فرد رفتاری هستند. الاستومرها دارای دونوع رفتار وابسته به زمان و مستقل از زمان هستند، رفتار مکانیکی این دسته از مواد پلیمری تحت تاثیر عوامل مختلفی قرار دارد. در این تحقیق اثر افزایش نانوذرات سیلیکا و نرخ بارگذاری در دو حالت شبه استاتیکی و دینامیکی بر روی رفتار کششی ماده الاستومری HDPE/POE مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا ماده الاستومری پایه با نسبت اختلاط 40% HDPE و 60% POE تولید شده و سپس با افزایش ذرات نانو سیلیکا، 4 نوع نمونه شامل 3 نوع نمونه تقویت شده 0.7%، 1%و1.4% و یک نوع نمونه HDPE/POE ساخته شد. نمونه ها در حالت کشش شبه استاتیکی تحت نرخ کرنش‌های1⁄s 0.04، 1⁄s 0.07، 1⁄s0.14 و1⁄s 0.17 قرار گرفتند و در حالت دینامیکی نیز با استفاده از فیکسچر کاملا جدید طراحی شده بر روی دستگاه ضربه سرعت پایین(ضربه افتان) به نمونه ها بار کششی با نرخ کرنش1⁄s 160و 1⁄s100 اعمال شده است. نتایج پژوهش نشان داده است در بارگذاری دینامیکی رفتار ماده الاستومری به شدت تابع نرخ کرنش است، افزایش نرخ کرنش سبب افزایش سطح تنش و نیروها در هر دو نوع بارگذاری شبه استاتیکی و دینامیکی می‌شود. مقدار افزایش سطح نیروها در بارگذاری دینامیکی بسیار بیشتر از حالت استاتیکی است. همچنین مکانیزم جدید طراحی شده قابلیت دسترسی به داده های کششی دینامیکی مختلف را در دستگاه ضربه سرعت پایین فراهم می کند، از طرفی با افزایش درصد نانوسیلیکا استحکام کششی نمونه‌ها به طور محسوسی افزایش می یابد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental investigation of strain rate effect on reinforced elastomeric material behavior (HDPE/POE) under quasi static and dynamic loading

نویسندگان English

Esmaeil Aligholizadeh 1
Mojtaba Yazdani 2
Hadi Sabouri 3
1 Department of Mechanical Engineering, Sahand University of Thechnology
2 Associate Professor of Mechanical Engineering - (Applied Mechanics, Solid)
3 Department of Mechanical EngineeringEngineering FacultyKharazmi UniversityTehranIran
چکیده English

Elastomers are a group of polymeric materials that have unique properties, including time-dependent behavior and time-independent, the mechanical behavior of this material is affected by various factors. In this study, the effect of increasing the silica nanoparticles and strain rates in two quasi-static and dynamic states on the tensile behavior of HDPE / POE has been investigated. For this purpose, an elastomeric material was first created with 40% HDPE and 60% POE mixing ratio. Then with increasing Nano silica particles, 4 sample types including 3 samples 0.7%, 1% and 1.4%, and one sample of HDPE/POE was fabricated. The samples were loaded at strain rate of 0.04 1⁄s, 0.07 1⁄s , 0.1 1⁄s , 0.14 1⁄s , 0.17 1⁄s in a quasi-static tensile state. In dynamic mode, tensile load with a strain rate of 160 1⁄s and 100 1⁄s was applied to the specimens using a new fixture designed on the low velocity impact test machine (Drop weight impact test machine). In the dynamic loading, the behavior of the elastomeric material is extremely dependent on the strain rate, with increasing the strain rate the level of stress and forces in both quasi-static and dynamic loads will be increase. The increase in force levels in dynamic loading is much more than static. Also, the new designed mechanism provides access to dynamic tensile data at different strain rates in a low velocity impact machine. On the other hand, with increasing Nano silica percentage, the tensile strength of the samples is noticeably increased.

کلیدواژه‌ها English

Elastomer
Nano Silica
Strain rate
Drop weight impact
Mechanism
[1] J. M. G .Cowie, Polymers: chemistry and physics of modern material. Glasgow: Blackie. ISBN 0-412-03121-3, 1991.
[2] J. M. Kelly. Earthquake Resistant Design with Rubber, Springer-Verlag, London, 1997.
[3] J.D. Ferry, Viscoelastic Properties of Polymers, John Wiley and Sons, New York,1980.
[4] L.E. Nielsen, R.F. Landel, Mechanical Properties of Polymers and Composites, M. Dekker, New York, 1994.
[5] A. N. Gent (editor). Engineering with Rubber: How to Design Rubber Components, 2nd Edition, Hanser Publishers, Munich, 2001.
[6]F.AshenaiGhasemi,I.Ghasemi,M.Basiri, Experimental analysis of mechanical properties of polypropylene in Presence of graphene nano plates and polyolfine elastomer in different Manufacturing times. Journal of Modares MechanicalEngineering, Vol. 15, No11, pp. 225-232, 2015. (InPersian).
[7] R. K .Iler,. (1979). The Chemistry of Silica. Plenum Press. ISBN 0-471-02404-X.
[8] M. I.Ojovan, Glass formation in amorphous SiO2 as a percolation phase transition in a system of network defects. Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters. Vol.79 ,No.12, pp.632–634.2004.
[9] M .Steven. Kurtz, UHMWPE Biomaterials Handbook. Ultra-High Molecular Weight Polyethylene in Total Joint Replacement and Medical Devices. Third Edition, pp.3.
[10] N.C. Nayak, D.K. Tripathy, Effect of aluminium siIicate filler on morphology and physical properties of closed cell microcellular ethyleneoctene copolymer. Journal of Materials Science, Vol.37 No.7, ,pp. 1347–1354.2002.
[11] P. Svoboda, R. Theravalappil, D. Svobodova, P.Mokrejs, K.Kolomaznik, K. Mori, T. Ougizawa, T. Inoue, Elastic properties of polypropylene/ethylene–octene copolymer blends, J. of Polymer Testing,Vol. 29,pp. 742–748.2010.
[12] M.Cheng,W.Chen, Experimental investigation of the stress–stretch behavior of EPDM rubber with loading rate effects, International Journal of Solids and Structures, Vol. 40, No. 18 , pp 4749-4768.2003.
[13] P.A. Du Bois, S. Kollingb, M. Koestersc, T. Frankb. Material behaviour of polymers under impact loading. International Journal of Impact Engineering,Vol.32, pp. 725–740.2006.
[14] El Sayed .Tamer, Mock Jr .Willis. M.Alejandro,F.Fraternali, M. Ortiz. Computational assessment of ballistic impact on a high strength structural steel/polyurea composite plate. J of Comput Mech ,Vol.43,No.5 , pp.25–534.2009.
[15] K.Beomkeun, L.B.Seong, L.Jayone, C.Sehyun, P.Hyungmin, Y.Sanghoon and P.H.Sung. A Comparison Among Neo-Hookean Model, Mooney- Rivlin Model, and Ogden Model for Chloroprene Rubber. Precision Engineering and Mnufacuring.Vol.13,No.5, pp. 759-764.2012.
[16] F. Kosha, Polypropylene Blends and Ethylene-octeneCopolymer and Their Applications Polymerization: Vol. 3, No. 4 ,pp. 66-74, 2013. (InPersian).
[17] L. Bernardi, R. Hopf, A. Ferrari, A.E. Ehret, E. Mazza, On the large strain deformation behavior of silicone-based elastomers