بررسی رفتار ویسکوالاستیک-ویسکوپلاستیک-ویسکوآسیب پلیمرها تحت بارگذاری چرخه‌ای و مطالعه پارامتریک رفتار مکانیکی آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک-طرحی کاربردی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 استادیار دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران

3 دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده

با توجه به وابستگی پاسخ پلیمرها به نرخ و زمان، در شرایط اعمال بارگذاری خارجی، پیچیدگی بسیاری جهت پیش‌بینی پاسخ مکانیکی این مواد به‌وجود آمده است. از‌این‌رو، جهت مطالعه رفتار مکانیکی این مواد در حین اعمال بارگذاری، یک مدل سازگار ترمودینامیکی ویسکوالاستیک-ویسکوپلاستیک-ویسکوآسیب برای پیش‌بینی پاسخ مکانیکی این مواد درنظر گرفته شده است. بدین منظور این مدل ساختاری را به صورت‌ صریح گسسته‌سازی زمانی کرده تا در قالب سابروتین مادی در نرم‌افزار اجزای محدود آباکوس بکارگرفته شود، این روش به‌دلیل دقت و زمان حل مناسب و عدم نیاز به ماتریس شیب و محاسبات پیچیده‌ی آن در هر گام زمانی بسیار ارزشمند است. پس از صحت‌سنجی کد سابروتین به وسیله‌ی نتایج آزمایشگاهی، به بررسی حساسیت رفتار مکانیکی پلیمر نسبت به خواص مکانیکی از جمله خواص ویسکوالاستیک، ویسکوپلاستیک و ویسکوآسیب آن پرداخته ‌شده ‌است. در ادامه، همچنین تاثیر مستقیم زمان بارگذاری و سطح تنش اعمالی و رابطه معکوس زمان باربرداری بر افزایش متغیر آسیب و کرنش بوجود آمده در این بستر در دو نوع بارگذاری خزش‌بازیابی چرخه‌ای افزایشی و ثابت مشاهده شده است. به‌طور مثال، دو برابر کردن تعداد سیکل افزایش دامنه از 50 تا 100، موجب افزایش عمر و کاهش حدود 75 درصدی میزان آسیب می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of viscoelastic-viscoplastic-viscodamage behavior of polymers under cyclic loadings and parametric study of its mechanical behavior

نویسندگان [English]

  • Mohammad Shojaeifard 1
  • Mostafa Baghani 2
  • Hamid Shahsavari 3
  • Roozbeh Eghbalpour 1
1 School of Mechanical Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Iran
2 Assistant professor, School of mechanical engineering, University of Tehran
3 Department of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology, Iran
چکیده [English]

According to their time and rate dependent response to the exterior loads, there was too much complexity to predict mechanical responses. Thus, a thermodynamically consistent viscoelastic-viscoplastic-viscodamage model is considered to predict their mechanical responses. Along this purpose, the explicit time-discrete form of the constitutive model is used in the finite element software ABAQUS by VUMAT subroutine. This method is valuable since its accuracy, low running time and no need of Jacobian matrix calculations. After validating ABAQUS user subroutine with experimental data obtained from creep, creep-recovery and repeated creep-recovery tests on the polymer, constitutive model sensitivity to the material parameters such as viscoelastic, viscoplastic and damage properties has been investigated. Along this purpose, it can be observed that increasing viscoplastic and damage parameters could cause rising in viscoplastic strain and damage variable. Then, the direct effects of loading time and stress level and the indirect effects of unloading time on polymer strain and damage variable were investigated in the two repeated creep-recovery tests with constant and increasing amplitudes. For instance, doubling increasing amplitude cycle number from 50 to 100 could rise service life and decrease about 75 percent of damage level.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Viscoelastic
  • Viscoplastic
  • Viscodamage
  • finite element modeling
  • Explicit time discretization