تحلیل تجربی و عددی شکست پلیمر PMMA تحت مود مرکب

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 طراحی کاربردی مهندسی مکانیک، دانشکده مکانیک دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

2 دانشیار /مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی سهند تبریز

چکیده

معمولاً بروز شکست در پلیمرها بر اثر اعمال بارگذاری ترکیبی کششی – برشی به وقوع می‌پیوندد. آزمایش آرکان که در اصل برای مواد کامپوزیتی طراحی شده است، در سال‌های اخیر توسط بسیاری از محققان برای مواد همگن مورد استفاده قرار گرفت. در این پژوهش برای دستیابی به مقادیر بحرانی شکست، نمونه های آزمون به شکل پروانه ای از جنس پلیمر پلی متیل متاکریلات تهیه شد. آزمون نمونه ها در سه طول ترک مختلف و سه مود اول و مرکب و دوم خالص با تغییر زاویه بارگذاری بر پایه آزمایش آرکان و با استفاده از گیره اصلاح شده آرکان انجام گرفت. نمودار بار بحرانی بر حسب جابجایی بدست آمد. با استفاده از بار بحرانی حاصل از آزمون و ضرایب شدت تنش بی بعد استخراج شده از تحلیل المان محدود توسط نرم افزار آباکوس، چقرمگی شکست این پلیمر تعیین گردید. نتایج بیانگر این است که ماده پلیمری استفاده شده در این تحقیق در شرایط بارگذاری برشی دارای چقرمگی شکست بیشتری بوده و در بارگذاری کششی ضعیف تر است. آنالیز المان محدود با استفاده از خواص الاستیک پلیمر پلی متیل متاکریلات انجام پذیرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental and Numerical Analysis on Mixed Mode Fracture of PMMA

نویسندگان [English]

  • parva hosseini 1
  • NaghdAli Choupani 2
1 applied design mechanical engineering, sahand university, tabriz, iran
2 associate professor/Mechanical Engineering Sahand University of Technology
چکیده [English]

Generally, crack growth in polymers may occur under combined tensile-shear loading. Arcan test specimen was originally designed for use with composite materials, but in recent years has been adapted by many researchers for use with isotropic materials. In this paper, in an attempt to study the fracture toughness, test specimens were prepared in the form of butterfly from Poly methyl methacrylate polymer. Experimental fracture tests were performed in three different crack lengths and first mode, mixed-mode and the pure second mode by changing the loading angle, using a specially developed fixture, based on Arcan. Load versus displacement curves were obtained. Using critical loads of the tests and the dimensionless stress intensity factors, obtained from the finite element analysis by ABAQUS software, fracture toughness of the polymer was determined. As the result, it can be seen that the shearing mode fracture toughness is larger than opening mode toughness. This means that cracked specimen is weaker in tensile loading. Finite element analysis was performed using elastic properties of the Poly methyl methacrylate polymer.

کلیدواژه‌ها [English]

  • PMMA polymeric material
  • Fracture
  • Mixed mode
  • Arcan modified fixture
  • Abaqus