بررسی تجربی رفتار خستگی رزین اپوکسی تحت کنترل بار و جا به جایی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

تهران، دانشگاه علم و صنعت، دانشکده مهندسی مکانیک، قطب علمی مکانیک جامدات تجربی و دینامیک، آزمونگاه تحقیقاتی کامپوزیت، صندوق پستی 13114-16846

چکیده

در این پژوهش، ابتدا در شرایط ایستا، خواص مکانیکی رزین اپوکسی شامل مدول‌­های کششی و خمشی و استحکام­ های کششی و خمشی مطالعه شد. سپس در دمای محیط، رفتار خستگی در شرایط کشش-کشش برای بسامدهای مختلف 2، 3 و 5Hz مطالعه شد. در ادامه، رزین اپوکسی در شرایط بارگذاری خستگی خمشی با کنترل جابه­جایی قرار گرفت و عمر خستگی آن بررسی شد. نتایج نشان می‌دهد، برای رزین بررسی شده در این پژوهش، مدول کششی برابربا  2.5GPa، مدول خمشی برابر با 3GPa، استحکام کششی برابر با  59.98MPa  و استحکام خمشی برابر با 110.02MPa است. برای خطی­ بودن رفتار نیرو - تغییرشکل، بیشینه جا به ­جایی مجاز در آزمون خمش سه ­نقطه‌ای، برابر با 5mm به­ دست آمد. همچنین افزایش بسامد باعث کاهش عمر خستگی شکست شده و در میان بسامد‌های آزمون شده، مقدار عمر خستگی در بسامد  2Hz در مقایسه با بسامد 5Hz ، تقریباً 5.8 برابر به ­دست آمده است. در ادامه تغییرات مدول کششی رزین اپوکسی در شرایط بارگذاری خستگی کشش-کشش با توجه به اهمیت آن نیز مطالعه و مشاهده شد، مدول رزین اپوکسی در بسیاری از زمان‌های آزمون، تغییر چشمگیری ندارد و فقط در چرخه‌های اولیه و پایانی نزدیک به نقطه شکست، به ­طور ناگهانی کاهش می­ یابد. برای تکمیل مطالعه رفتار خستگی رزین اپوکسی، این ماده در بارگذاری‌ خستگی خمشی در شرایط کنترل جا به­ جایی در دمای محیط قرار گرفته و نمودار بیشینه تنش اعمالی نرمال شده برحسب تعداد چرخه خستگی شکست رسم شده است و با استفاده از آن می توان عمر خستگی شکست رزین در هر تنش بیشینه اعمالی دلخواه را به­ خوبی پیش بینی کرد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation on Fatigue Behavior of Epoxy Resin under Load and Displacement Controls

نویسندگان [English]

  • Mahmood Mehrdad Shokrieh
  • Masood Esmkhani
Composites Research Laboratory, Center of Excellence in Experimental Solid Mechanics and Dynamics, School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, P.O. Box: 16846-13114 Tehran, Iran
چکیده [English]

The mechanical properties of epoxy resin including tensile and flexural modulus, tensile and flexural strength for static conditions are currently studied. The frequency effect as significant parameter at room temperature is investigated and fatigue behavior of the epoxy resin in tension-tension loading conditions for different frequencies of 2, 3 and 5 Hz are obtained. The epoxy resin has been taken under flexural bending fatigue loading and fatigue life is investigated. The results of the experiments show the values of 2.5 and 3 GPa of tensile and flexural modules and 59.98 and 110.02 MPa of tensile and flexural strengths for the resin, respectively. To achieve a linear load-deflection relationship in a three-point bending experiment, a maximum allowable deflection of 5 mm is acquired. The relationship between the frequency and fatigue life shows higher frequency results in lower fatigue life. Loading with frequency of 2 Hz has provided 5.8 times more fatigue life compared with 5 Hz loading. For a tension-tension fatigue loading condition, the variation of tensile module of epoxy resin shows no noticeable change during the fatigue loading condition. This module decreases significantly only in the primary and failure cycles close to the fracture point. In further experiments, fatigue behavior of epoxy resin was tested under flexural bending fatigue loadings with controlled deflection at room temperature. Maximum applied normalized stresses versus the number of cycles to failure curve are illustrated and it can be performed in order to predict the number of cycles to failure for the resin in arbitrary applied normal stresses as well.

کلیدواژه‌ها [English]

  • fatigue behavior
  • displacement control
  • epoxy resin
  • frequency effect
  • mechanical properties