کاربرد طراحی آزمون، مدل سازی سطح پاسخ و شبکه عصبی مصنوعی در مطالعه سایش آمیزه لاستیکی

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 بیرجند، دانشگاه صنعتی بیرجند، گروه مهندسی شیمی، کد پستی9719866981

2 یزد، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد یزد، گروه شیمی، کد پستی 8916871967

3 بیرجند، شرکت کویر تایر واحد تکنولوژی، صندوق پستی 518

چکیده

اثر عوامل مختلف فرمول­ بندی بر رفتار سایش، رشد ترک و مدول آمیخته رویه تایر در دو مطالعه موردی بررسی شد. در مطالعه اول، اثر جایگزینی بخشی از کائوچوی طبیعی با کائوچوی بوتادی­ ان، تغییر مقدار روغن و گوگرد براساس طرح آزمایش  مرکب مرکزی (central composite) در یک آمیزه رویه تایر باری برپایه NR/SBR در مجاورت خاک ­رس  اصلاح شده مطالعه شد. در مطالعه  دوم، اثر مقدار روغن، گوگرد و سیلیکا با قابلیت پراکنش زیاد در آمیزه رویه تایر سواری آمیخته SBR/BR در طرح آزمایش box Behnken بررسی شد. در هر دو مطالعه، مدل سطح پاسخ مناسب برمبنای داده ­های تجربی گردآوری شده براساس طرح آزمایش توسعه داده شد. همچنین، مدل شبکه عصبی مصنوعی چندلایه پیشرو برای بررسی قابلیت این رویکرد پیشرفته در مدل ­سازی خواص شکست آمیخته لاستیکی توسعه داده شد. مشاهده شد، در مطالعات موردی وابستگی پیچیده خواص شکست آمیخته لاستیکی به عوامل فرمول بندی را می­ توان به ­خوبی با مدل پاسخ سطح و شبکه عصبی مصنوعی بیان کرد. برای بیان بهتر رفتار سایش از منحنی­ های پاسخ سطح استفاده شد. همچنین مشاهده شد، به کمک مدل­ های آماری مدول و رشد ترک deMattia، دانش موجود از نظریه Fukahori و نیز نظریه­ های مکانیکی شیمیایی، رفتارهای پیچیده مشاهده شده برای سایش آمیخته ­های لاستیکی را می­ توان بررسی کرد. وجود مقادیر زیاد کائوچوی بوتادی­ ان منجر به ارجحیت سازوکارهای مکانیکی شیمیایی سایش می­ شود، اما مقدار دامنه کرنشی میانگین مطابق با مدل Fukahori در مقدار سایش آمیزه لاستیکی بسیار کلیدی است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Study of Abrasion of Rubber Materials by Experimental Design, Response Surface and Artificial Neural Network Modeling

نویسندگان [English]

  • Mehdi Shiva 1
  • Amir Hoshang Hadadi 1
  • Alireza Nakhaei 2
  • Hossein Varasteh 3
1 Department of Chemical Engineering, University Birjand of Technology, Postal Code: 9719866981, Birjand, Iran
2 Department of Chemistry, Yazd Branch, Islamic Azad University, Postal Code: 8916871967, Yazd, Iran
3 Research Center of Kavir Tire Co., P.O. Box: 518, Birjand, Iran
چکیده [English]

Effect of different formulation ingredients on the abrasion behavior, crack growth and modulus of tire tread formulation was studied using two different case studies. In the first case study, the effect of the partial substitution of natural rubber by cis-butadiene and the content variation of oil and sulfur in the presence of modified clay was studied on the basis of central composite design experiment in a NR/SBR-based truck tire tread formulation. In the second case study, the effect of oil, sulfur and highly dispersible silica level was investigated via Box-Benken design experiment in a SBR/BR-based passenger tire tread formulation. In each study a suitable response surface model was developed on the basis of the data obtained using the experimental design. Artificial neural network models with forwarding multi-layers were also developed to investigate the potential of the current approach in modeling of fracture behavior of rubber materials. It was observed that the complex dependency of the fracture/abrasion behavior of rubbery materials on formulation variations could be modeled with high accuracy through response surface and artificial neural models. The response surface profiles were developed to explain the abrasion behavior better. The observed behaviors for the abrasion of rubber formulations were also investigated with the aid of the modulus statistical analysis, deMattia crack growth model and also the Fukahori and mechano-chemical abrasion theories. In the presence of high levels of cis-butadiene, the abrasion with the mechano-chemical mechanism is dominant. However, according to the Fukahori model, the mean amplitude strain has a key effect on the abrasion of rubbery materials.

کلیدواژه‌ها [English]

  • rubber
  • experimental design
  • statistical models
  • artificial neural network
  • abrasion mechanism
  • crack growth