مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شناسایی تجربی خواص مکانیکی و میرایی یک ماده ویسکوالاستیک با استفاده از تست ریلکسیشن

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
فرناز ایمانی
کمال جهانی
ﮔﺮوه ﻣﻬﻨﺪﺳﯽ مکانیک، داﻧﺸﮑﺪه مهندسی مکانیک، داﻧﺸﮕﺎه ﺗﺒﺮیز، تبریز، ایران
چکیده
هدف از انجام این مقاله استخراج پارامترهای دینامیکی یک نمونه ماده ویسکوالاستیک می‌باشد. مدل مکانیکی درنظرگرفته‌شده برای ماده ویسکوالاستیک، مدل جامد خطی استاندارد می‌باشد. جهت استخراج پارامترهای مدل، ابتدا نمونه ماده ویسکوالاستیک از نوع پلیمری ساخته شد. سپس تحت اثر اعمال مقدار کرنش ثابت اولیه قرار گرفت و بلافاصله تغییرات نیروی فشاری با گذشت زمان اندازه‌گیری شد. در ادامه، با استفاده از روابط حاکم بر توابع مدل ویسکوالاستیک جامد خطی استاندارد با مقایسه توابع ریلکسیشن تئوری و تجربی، خواص دینامیکی ماده ویسکوالاستیک نظیر مدول‌های ذخیره و اتلاف و خاصیت میرایی آن برحسب فرکانس شناسایی شد. جهت بررسی اثر گذشت زمان بر خواص مکانیکی نمونه ویسکوالاستیک پلی‌مری، بررسی‌ها در دو زمان کامل متفاوت یعنی در ۱۰برابر گذشت زمان نسبت به بررسی اول تکرار شد. همچنین تأثیر میزان کرنش ثابت بر روی خواص دینامیکی و میرائی ماده ویسکوالاستیک با سه سطح مختلف کرنش ثابت بررسی شد. نتایج نشان می‌دهد که با گذشت زمان تقریباً طولانی، خاصیت میرائی ماده ویسکوالاستیک کاهش یافته و سفتی دینامیکی افزایش یافته است. برای فشردگی mm۲ در تست اول مقدار مقدار تابع ریلکسیشن در زمان صفر برابر N/m۲ ۵۱۳۱۷۷/۲=(۰)E و بعد از گذشت ۷۰روز، این مقدار N/m۲ ۶۶۶۰۶۰/۸ =(۰)E شده است. مقادیر تابع ریلکسیشن در زمان بی‌نهایت برای تست اول N/m۲ ۴۵۸۷۱۷/۹=(∞)Eو در تست دوم مقدار N/m۲ ۵۷۳۰۲۹/۷=(∞)Eمی‌باشد. نتایج بیانگر این است که در کرنش‌های ثابت کوچکتر، کارایی نمونه ساخته‌شده از ماده ویسکوالاستیک در اتلاف انرژی بیشتر است. همچنین مدول یانگ ماده در تخمین تجربی انجام شده MPa۰/۸۹به‌دست آمده است.
کلیدواژه‌ها
ماده ویسکوالاستیک
تست تجربی ریلکسیشن
مدل جامد خطی استاندارد
مدول‌های ذخیره و اتلاف
میرایی

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental Identification of Mechanical and Damping Properties of a Viscoelastic Material Using the Relaxation Test

نویسندگان English

F. Imani
K. Jahani
1Mechanical Engineering Department, Faculty of Mechanical Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Iran
چکیده English

This study aims to extract the dynamic parameters of a viscoelastic material sample. The mechanical model considered for material is the standard linear solid model. To extract the parameters of the model, first, a sample of the polymer was made. Then, it was subjected to a constant initial value and pressure were measured over time. Then, using the governing relations of the standard linear solid model, by comparing theoretical and experimental relaxation functions, the dynamic properties of the material, such as storage and loss modulus, and its damping property in terms of frequency. To investigate the effects of time passing on the dynamic mechanical properties of the material, the studies were repeated at a different time, which was ten times more than the first study. Also, the effects of constant strain amplitude on the dynamic mechanical properties and damping characteristic of the sample were investigated with three different levels of strain. These values the relaxation function in the first test for the displacement of 2 mm were E(0)=523177.2 N/m2 and after 70 days this value was equivalent to E(0)=666060.8 N/m2. In the same test, the values of the relaxation function for the first test are equivalent to E(∞)=458717.9 N/m2 and in the second test, the value is E (∞)=573029.7 N/m2 Also, the results show that, in smaller constant strains, the efficacy of the material is greater in energy dissipation. In addition, the intrinsic parameter of the Young Modulus is obtained in the experimental estimate of 0.89 MPa.

کلیدواژه‌ها English

Viscoelastic material
Experimental relaxation test
standard linear solid model
Storage and loss modulus
Damping
Nashif AD, Jones DI, Henderson JP. Vibration damping. New York: John Wiley & Sons; 1985. pp. 1-43. [Link]
De Lima AMg, Rade DA, Lépore NetoFP. L. An efficient modeling methodology of structural systems containing viscoelastic dampers based on frequency response function substructuring. Mechanical Systems and Signal Processing. 2009;23(4):1272-1281. [Link] [DOI:10.1016/j.ymssp.2008.09.005]
Keramat A, Ahmadi A. Axial wave propagation in viscoelastic bars using a new finite-element-based method. Journal of Engineering Mathematics. 2012;77(1):105-117. [Link] [DOI:10.1007/s10665-012-9556-y]
Vostroukhov AV, Metrikine AV. Periodically supported beam on a visco-elastic layer as a model for dynamic analysis of a high-speed railway track. International Journal of Solids and Structures. 2003;40(21):5723-5752. [Link] [DOI:10.1016/S0020-7683(03)00311-1]
Rao MD. Recent applications of viscoelastic damping for noise control in automobiles and commercial airplanes. Journal of Sound and Vibration. 2003;262(3):457-474. [Link] [DOI:10.1016/S0022-460X(03)00106-8]
Zanganeh R, Ahmadi A. Axial vibration of a rod with viscoelastic support. Journal of Solid and Fluid Mechanics. 2013;3(1):67-79. [Persian] [Link]
Renardy M. Recent developments and open problems in the mathematical theory of viscoelasticity. Viscoelasticity and Rheology. 1985;345-360. [Link] [DOI:10.1016/B978-0-12-454940-1.50018-X]
Fan ZJ, Kim KJ. Investigation of effects of viscoelastic boundary supports on transient sound radiated from a rectangular plate by modal strain energy method. KSME International Journal. 1996;11(5):530-536. [Link] [DOI:10.1007/BF02945265]
Friswell MI, Sawicki JT, Inman DJ, Lees AW. The response of rotating machines on viscoelastic supports. International Review of Mechanical Engineering. 2007;1(1):32-40. [Link]
Jahani K, Nobari AS. Identification of damping and dynamic young's modulus of a structural adhesive using radial basis function neural networks and modal data. Experimental Mechanics. 2010;50(5):607-619. [Link] [DOI:10.1007/s11340-009-9302-1]
Nobari AS, Jahani K. Identification of damping characteristic of a structural adhesive by extended modal based direct model updating method. Experimental Mechanics. 2009;49:785-798. [Link] [DOI:10.1007/s11340-008-9194-5]
Asano M, Masahiko H, Yamamoto M. The experimental study on viscoelastic material dampers and the formulation of analytical mode. Proceedings of the 12th World Conference on Earthquake Engineering, Nagoya Branch, Japan, 2000. [Link]
Armandei M, Fathi Darwish I, Ghavami K. Experimental study on variation of mechanical properties of a cantilever beam of bamboo. Construction and Building Materials. 2015;101(1):784-790. [Link] [DOI:10.1016/j.conbuildmat.2015.10.078]
Koruk H, Sanliturk KY. On measuring dynamic properties of damping materials using Oberst beam method. ASME 2010 10th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis. New York: ASME; 2010. [Link] [DOI:10.1115/ESDA2010-24452]
Hujare PP, Sahasrabudhe AD. Experimental investigation of damping performance of viscoelastic material using constrained layer damping treatment. Procedia Materials Science. 2014;5:726-733. [Link] [DOI:10.1016/j.mspro.2014.07.321]
Ege K, Boncompagne T, Laulagnet B, Guyader JL. Experimental estimations of viscoelastic properties of multilayer damped plates in broad-band frequency range. arXiv:1210.3333 [physics.class-ph]; 2012. [Link]
Wineman AS, Rajagopal KR. Mechanical response of polymers an introduction. Cambridge: Cambridge University Press; 2000. [Link]
Keramat A, Heidari Shirazi K. Finite element based dynamic analysis of viscoelastic solids using the approximation of volterra integrals. Finite Elements in Analysis and Design. 2014;86:89-100. [Link] [DOI:10.1016/j.finel.2014.03.010]
Pike RA. Adhesives and sealants (engineered materials handbook, volume 3): AMS International, USA, 1990, 850 pp + index, $118.00 (non-ASM members), $94.40 (ASM members). International Journal of Adhesion and Adhesives. 1991;11(2):57-139. [Link] [DOI:10.1016/0143-7496(91)90040-O]
Sharma A, Peel LD. Vibration damping of flexible and rigid polyurethane composites. Proceedings of SAMPE 2004, May 2004, Long Beach CA. [Link]
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 19، شماره 10
مهر 1398
صفحه 2571-2579