بخشی از مقاله
چکیده
رفتار تنش-کرنش آمیزه الاستومري آج1 تایر خودرو بر پایه لاستیک طبیعی - NR - ، لاستیک بوتادي ان - BR - و لاستیک استایرن بوتادي ان - SBR - حاوي درصدهاي مختلف نانوخاك رس 7 phr - و - 1 توسط سه مدل ابرکشسان مارلو، چندجمله اي و اوگدن مورد بررسی قرار گرفت. نتایج شبیه سازي حاصل از مدل با نتایج تجربی آزمونهاي کشش تک محوري و فشاري مقایسه و تحلیل گردید.
واژگان کلیدي: نانوکامپوزیت، رفتار تنش-کرنش، ابرکشسان.
١- مقدمه
ترکیب آمیزه آج - tread - تایرها، بر پایه الاستومرهاي دي انی یعنی لاستیک طبیعی - NR - ، لاستیک بوتادي ان - BR - و لاستیک استایرن بوتادي ان - SBR - می باشد. الاستومر هایی که در آج تایر استفاده می شود، باید خواصی از قبیل قابلیت کنترل اصطکاك لغزشی در سطح خیس و همچنین مقاومت غلتشی پایین داشته باشند. استفاده از نانو ذرات در آمیزه هاي لاستیکی به منظور افزایش خواص فیزیکی مکانیکی در سال هاي اخیر مورد توجه قرار گرفته و در بیشتر این پژوهش ها از ذرات نانو خاك رس براي تقویت آمیزه هاي لاستیکی استفاده شده است. ساختار صفحه اي لایه هاي نانو خاك رس و نسبت منظر بالاي این مواد باعث بهبود قابل توجه در خواص مکانیکی، کاهش نفوذ پذیري گازها، افزایش مقاومت گرمایی و کاهش اشتعال پذیري تایر می گردد.
همچنین استفاده از نانو ذرات خاك رس از تخریب سریع اولیه که در اثر حرارت زایی ناشی از تغییر شکل هاي متوالی و اصطکاك شدید در لاستیک خودرو ایجاد می شود، جلوگیري می کند.فرآیند توسعه یک محصول جدید در صنعت تایر داراي مراحل متعددي می باشد لذا استفاده از مدل هاي مختلف در شبیه سازي قطعات لاستیکی باعث کاهش هزینه و زمان در مقایسه با روش هاي تجربی می گردد. یک شبیه سازي موفق تا حد زیادي وابسته به ورود دقیق و صحیح پارامترهاي مدل مکانیکی می باشد. از آنجا که استفاده از مواد الاستومري در کاربردهاي مهندسی مستلزم مواد افزودنی است، لذا خواص فیزیکی و مکانیکی هر آمیزه لاستیکی باید بطور مجزا تعیین گردد. براي تحلیل یک قطعه لاستیکی باید عوامل زیر را در نظر گرفت:
• انتخاب مدل مناسب براي تحلیل رفتار تنش- کرنش
• انتخاب نرم افزار مناسب براي شبیه سازي
• تعیین پارامتر هاي مدل - Ford 1989 -
بر اساس مطالعات انجام شده توسط قریشی - Ghasemi , Karrabi et al. 2008 - و قاسمی - Ghoreishy 2009 - بر روي رفتار مدل هاي ابرکشسان آمیزه هاي لاستیکی زیر بارهاي کششی و فشاري و بررسی رفتار تنش- کرنش کامپوزیت /SBRنانوخاك رس، دیده شده است که دو مدل مارلو و اوگدن بهترین نتایج را ارائه می دهند در حالی که نتایج سایر مدلها به طور قابل ملاحظه اي بستگی به نحوه اختلاط آمیزه ها دارد. در این پژوهش، کارایی عددي این دو مدل مکانیکی ابرکشسان و نیز مدل چندجمله اي در پیش بینی رفتار مکانیکی آج تایر بر پایه الاستومرهاي NR/BR/SBR باترکیب درصد - 65/20/15 - و ذرات نانو خاك رس با ترکیب درصد 7 phr - ، 5، 3، - 1 به کمک روش المانهاي محدود مطالعه شده است.دو آزمون کششی - بر اساس استاندارد - ASTM D-412 و فشاري - بر اساس استاندارد - ISO 7743 بروي نمونه-هاي لاستیکی انجام شد. پارامتر هاي مدل هاي مکانیکی بر اساس داده هاي تجربی و نیز با استفاده از نرم افزار ABAQUS تعیین شده و براي شبیه سازي دو آزمون کششی و فشاري استفاده گردید. مدل ها با رسم نمودار تنش بر حسب کرنش در سه حالت کششی، فشاري و کششی-فشاري با نتایج تجربی مقایسه شدند.
-2 مدلهاي ابرکشسان
مواد لاستیکی به دلیل انعطاف پذیري در دماي محیط و برگشت پذیري بالا در تغییرشکل هاي بزرگ، رفتار مکانیکی خاصی از خود نشان می دهنداین. مواد تقریبا ً تراکم ناپذیرند یعنی حجمآنها تحت بار فشاري هیدرواستاتیک تقریباً ثابت است. نسبت پوآسون نزدیک به 0/5 این دسته از مواد منجر به دشواري هایی در محاسبات مربوطه میشود. مجموعه این مسائل باعث شده است که رفتار مکانیکی مستقل از زمان مواد لاستیکی با مدل هایی که اصطلاحا ً ابرکشسان یا ابرکشسان نامیده می شود، مورد مطالعه قرار داده شوند. میزان دقت و صحت نتایج عددي بدست آمده مستلزم انتخاب مدل مناسب و تعیین پارامتر هاي آن می باشد. چگالی انرژي کرنشی در مدلهاي اگدن، چندجمله اي و مارلو به صورت روابط زیر ارائه شده است:
که σ - ε - و ε به ترتیب تنش اسمی و کرنش در حالت کششی تک محوري، Cij پارامترهاي معادله و I1 و I2 به ترتیب ثابت هاي اول و دوم تانسور کرنش و λ نسبت کشیدگی میباشند. مهمترین گام در استفاده از مدل هاي مکانیکی براي شبیه سازي قطعات لاستیکی، تعیین پارامتر هاي مدل می باشد. براي تعیین این پارامتر ها از چهار سري آزمون استفاده می شود که عبارتند از: - 1 آزمون تک محوره - 2 - Uniaxial - آزمون دو محوره مساوي - 3 - Equibiaxial - آزمون صفحه اي - Planar - - 4 آزمون تراکم حجمی - Volumetric compression - که سه مورد اول براي سنجش رفتار ابرکشسان و مورد چهارم براي بررسی تراکم پذیري استفاده می شوند. داده هاي تنش-کرنش بدست آمده از این آزمون ها، توسط برازش خطی/غیر خطی حداقل مربعات تجزیه و تحلیل می شوند و حاصل این برازش پارامتر هاي مدل است که از آنها می توان براي تحلیل قطعات لاستیکی تحت بار استفاده کرد. هر کدام از آزمون هاي مزبور در دو حالت کششی و فشاري قابل انجامند. آزمون تک محوري در دو حالت کششی و فشاري متداول ترین آزمون هایی هستند که اغلب بر روي نمونه هاي لاستیکی انجام می شوند که در این پژوهش نیز مورد استفاده قرار گرفتهاند.
