مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تعیین خواص شکست لاستیک ها بر مبنای روش آزمایش انتگرال J

نویسندگان
1 استاد دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی
2 دانشجوی دکترا / دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده
برخلاف فلزات که روش‌های تعیین خواص شکست آن‌ها در چارچوب تئوری‌های مکانیک شکست الاستیک خطی و مکانیک شکست الاستیک-پلاستیک کاملاً استاندارد گردیده، برای مواد پلیمری بدلیل پیچیدگی‌های ناشی از رفتار ویسکوالاستیک آن‌ها، توسعه تئوری‌های مکانیک شکست ویسکوالاستیک خطی و خصوصاً غیرخطی بطورکامل انجام نگرفته است. در مورد لاستیک‌ها حتی تئوری‌های مستقل از نرخ مبتنی بر تئوری الاستیسیته غیرخطی نیز کاربرد عمومی نیافته‌اند. در عمل بسیاری از محققان از همان روش‌های ارائه شده برای فلزات در مورد لاستیک‌ها استفاده می‌کنند. در این مقاله روش‌های مرسوم برای تعیین خواص شکست لاستیک‌ها بر مبنای انتگرال J و چالش‌های مرتبط با کاربرد این روش‌ها بررسی گردیده است. مشخصاً به اثرات اتلاف انرژی در نواحی دور از رأس ترک و روش‌های اصلاح این اثرات پرداخته شده است. با انجام آزمایش بر روی نمونه‌های SENT از یک ماده لاستیکی از خانواده پلی‌بوتادین نشان داده شده که روش آزمایش چندنمونه‌ای شناخته‌شده برای محاسبه Jc، به دلیل الگوریتم محاسباتی خاص خود، دارای حساسیت شدیدی نسبت به خطاهای تجربی است که خود را بصورت وابستگی مقادیر Jc به طول ترک اولیه نشان می‌دهد و تنها درصورت آزمایش نمونه‌های متعدد و حذف خطاهای تجربی کارایی دارد. در مقابل، روش اصلاح مکان هندسی با تعداد نمونه‌های کمتر و حساسیت بسیار پایین‌تر نسبت به خطاهای تجربی، یک مقدار Jc واحد قابل‌اطمینان بدست می‌دهد. همچنین با استفاده از این روش، مشکل وابستگی نتایج آزمایش به طول نمونه‌ها که در برخی از مراجع قبلی گزارش شده برطرف گردیده و در مجموع امکان استخراج Jc بعنوان یک خاصیت ماده مستقل از ابعاد نمونه فراهم می‌گردد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Fracture characterization of rubbers by J integral testing

نویسندگان English

Amirreza Shahani 1
Hamid Shooshtar 2
چکیده English

Unlike metals for which the fracture characterization methods have been standardized in the context of linear elastic and elastic plastic fracture mechanics theories, for polymeric materials the linear and especially nonlinear theories of viscoelastic fracture mechanics has not been completely developed due to complexities regarding the viscoelastic nature of these materials. For rubbers, even the rate independent theories based on nonlinear finite elasticity have not been widely used. In practice, most researchers make use of the same methods as applied for metals to rubbers. In this paper, the common methods of fracture characterization of rubbers based on J integral and the different challenges regarding them are reviewed. Specificly, the energy dissipation effects in regions far from the crack tip and the correction methods proposed to compensate for these effects are discussed. Performing fracture toughness tests on SENT specimens of a rubbery material based on polybutadiene, it is shown that the well-known multiple specimen method for determination of Jc has a strong sensitivity to experimental errors that exhibits itself as initial crack length dependence of Jc values and is just usefull when testing numerous specimens and removing the experimental errors. On the other hand, the locus method of dissipation correction, gives a single reliable Jc value using a fewer number of specimens and with a considerably lower sensitivity to the experimental errors. Also, using this method the specimen length dependence of Jc values reported in the literature is removed, and hence, it is possible to obtain a dimension independent Jc value.

کلیدواژه‌ها English

Rubber
Ductile fracture toughness
J integral
Multiple specimen method
Locus method