بررسي تجربي و عددي مقاومت در برابر فرورفتگي در پليمرها

Experimental and Numerical Study of Indentation Resistance in Polymers

هدف از اين پژوهش بررسي سختي يا مقاومت ماده در برابر نفوذ جسم خارجي، در پليمرها و مواد هايپرالاستيك است. به منظور دستيابي به اين هدف، بررسي هاي انجام گرفته به دو دسته تجربي و عددي تقسيم بندي شده است. در اين تحقيق، ازكفپوش هاي تك لايه لاستيكي و دو لايه پلي اورتان/ پلي وينيل كلرايد مورد استفاده در سالن هاي ورزشي، به عنوان دو نمونه مورد آزمايش استفاده شده است. آزمون تجربي، طبق آزمون استاندارد ارزيابي كيفيت كفپوش هاي ورزشي انجام گرفته است. بررسي عددي نيز به كمك نرم افزار آباكوس، با شبيه سازي شرايط آزمون تجربي، انتخاب بهترين مدل هايپرالاستيك و قياس نتايج با آزمون تجربي به منظور ارزيابي دقت و كارايي مراحل مختلف شبيه سازي انجام شده است. بر اساس نتايج بدست آمده از اين تحقيق مشاهده مي شود كه نتايج حل عددي و نتايج تجربي همخواني مناسبي با هم دارند. به عنوان مثال، نمونه اول با فرورفتگي 575/0 ميلي متر در آزمون تجربي و با انتخاب مدل ييو، با درصد خطاي 3/4% شبيه سازي شد. اين درصد خطا براي نمونه دوم با فرورفتگي 425/0 ميلي متر و انتخاب مدل چند جمله اي كاهش يافته درجه دوم براي هر دو لايه، برابر با %94/0 بود. همچنين با افزايش ضخامت كفپوش لاستيكي از 5/2 به 5 ميلي متر، سختي از مقدار 1/78 به 3/75 كاهش پيدا كرد. در مجموع، مي توان گفت كه ميزان سختي پليمرها وابسته به ميزان ضخامت آن ها بوده و شكل هندسي فرورونده نيز، بر عمق فرورفتگي فرورونده و شكل نمودار نيرو-جابجايي موثر است.

The objective of the present work is to investigate indentation in polymers and hyperelastic materials. Both experiments and numerical analysis have been carried out. Two different sports floorings were selected to test, monolayer rubber and two layer polyurethane (PU)/polyvinylchloride (PVC). To determine the value of hardness and indentation depth of indenter in the materials, experimental study was carried out according to quality standard test for sports flooring. The numerical analysis was also conducted by Abaqus software using simulation of experimental testing conditions, selection of the best hyperelastic model and comparison of the results to experimental test in order to ascertain the efficiency and accuracy of each simulation step. The accuracy of the results has been shown by comparision of experiments with numerical results. For the first sample, indentation depth was 0.575 mm (based on experimental result) and Yeoh’s model was employed to simulate with the error of 4.3%. The indentation depth and error (by selection of reduced polynomial form of order two models) were 0.425 mm and 0.94% for the second sample (PU/PVC), respectively. In addition, hardness was decreased from 78.1 to 75.3 when the thickness of rubber sports flooring was increased from 2.5 to 5 mm. In general, it can be concluded that the hardness values of polymers depend on their thickness, and on the other hand the indenter shape has an influence on indentation depth and force-displacement curves as well.