Определение формы образцов для экспериментов на двухосное растяжение
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2014.7.4.34Ключевые слова:
крестообразный образец, двухосное напряженно-деформированное состояние, гиперупругие модели, вязкоупругий материал, большие деформацииАннотация
Рассмотрено двухосное растяжение крестообразных образцов из эластомерных материалов. Такого рода исследования позволяют получить дополнительную информацию о свойствах материалов со сложным механическим поведением. Однако из-за больших деформаций и сильного формоизменения, которые свойственны эластомерам, в центральной части (рабочей зоне) образца формируется неоднородное поле деформаций и, соответственно, неоднородное поле напряжений. Для достижения равномерного нагружения центральной части предложено изменить начальную геометрию образцов (количество и размер тяг, которые передают нагрузку к центральной области образца, и другое). При помощи конечно-элементного пакета ABAQUS проведен анализ влияния преобразований, вносимых в форму крестообразного образца, на однородность полей напряжений и деформаций в рабочей зоне. Численно решалась задача нелинейной упругости, поведение эластомерного материала описывалось упругими потенциалами нео-Гука, Муни-Ривлина и Арруда-Бойс. Исходя из сравнения полученных результатов выбрана форма крестообразного образца, обеспечивающая формирование однородного напряженно-деформированного состояния (НДС) при двухосном растяжении на большей площади рабочей зоны. При этом варианте геометрии образца тяги закрепляются в захватах испытательной машины веерообразно. Проведена экспериментальная проверка эффективности такой геометрии, в ходе которой визуально отслеживалась однородность поля деформаций у образцов, изготовленных из материалов, проявляющих эффект размягчения и вязкоупругие свойства.
Скачивания
Библиографические ссылки
Mullins L., Tobin N.R. Stress softening in rubber vulcanizates. Part I. Use of a strain amplification factor to describe the elastic behavior of filler reinforced vulcanized rubber // J. Appl. Polym. Sci. - 1965. - Vol. 9, no. 9. - P. 2993-3009. DOI
2. Harwood J.A.C., Mullins L., Payne A.R. Stress softening in natural rubber vulcanizates. Part II. Stress softening effects in pure gum and filler loaded rubbers // J. Appl. Polym. Sci. - 1965. - Vol. 9, no. 9. - P. 3011-3021. DOI
3. Шадрин В.В. Восстановление механических свойств резин в результате термостатирования // Высокомолекулярные соединения. - 2005. - Т. 47, № 7. - C. 1237-1240.
4. Abdelhay A.M., Dawood O.M., Bassuni A., Elhalawany E.A., Mustafa M.A. A newly developed cruciform specimens geometry for biaxial stress evaluation using NDE // 13th International Conference on Aerospace Sciences & Aviation Technology. ASAT-13, Cairo, Egypt, May 26-28, 2009. - 9 p. (URL: http://www.mtc.edu.eg/asat13/pdf/te12.pdf).
5. Abu-Farha F., Hector Jr. L.G., Khraisheh M. Specimens for elevated temperature biaxial testing of lightweight materials // JOM. - 2009. - Vol. 61, no. 8. - P. 48-56.
6. Escárpita D.A.A., Cárdenas D., Elizalde H., Ramirez R., Probst O. Biaxial tensile strength characterization of textile composite materials // Composites and their properties / Ed. N. Hu. - InTech, 2012. - P. 83-105. DOI
7. Galliot С., Luchsinger R.H. Uniaxial and biaxial mechanical properties of ETFE foils // Polym. Test. - 2011. - Vol. 30, no. 4. - P. 356-365. DOI
8. Hollenstein M., Helfenstein J., Mazza E. Investigation on the optimal specimen design for planar-biaxial materials testing of soft materials // Constitutive models for rubber VI / Ed. G. Heinrich, M. Kaliske, A. Lion, S. Reese. - CRS Press, 2010. - P. 371-376. DOI
9. Mönch E.M., Galster D. A method for producing a defined uniform biaxial tensile stress field // Br. J. Appl. Phys. - 1963. - Vol. 14, no. 11. - P. 810-812. DOI
10. Писаренко Г.С., Лебедев А.Я. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. - Киев: Наукова думка, 1976. - 416 с.
11. Шлянников В.Н., Захаров А.П. Образцы для испытаний при двухосном циклическом нагружении // Труды Академэнерго. - 2013. - № 3. - С. 70-79.
12. Lăzărescu L., Comşa D.-S., Nicodim I., Ciobanu I., Banabic D. Characterization of plastic behaviour of sheet metals by hydraulic bulge test // T. Nonferr. Metal. Soc. - 2012. - Vol. 22, no. 2. - P. 275-279. DOI
13. Kawabata S., Kawai H. Strain energy density functions of rubber vulcanizates from biaxial extension // Adv. Polym. Sci. - 1977. - Vol. 24. - P. 89-124. DOI
14. Dorfmann L., Pancheri F.Q. A constitutive model for the Mullins effect with changes in material symmetry // Int. J. Nonlinear Mech. - 2012. - Vol. 47, no. 8. - P. 874-887. DOI
15. Boyce M.C., Arruda E.M. Constitutive models of rubber elasticity: A review // Rubber Chem. Technol. - 2000. - Vol. 73, no. 3. - P. 504-523. DOI
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2014 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.