اندازه‌گيري چقرمگي شكست پلي‌پروپيلن در مود مركب با استفاده از روش انتگرال J چند نمونه‌اي

Measurement of Mixed-mode Fracture Toughness of Polypropylene using Multi-specimen J-integral Method

براي شكست نرم، چقرمگي را مي‌توان به عنوان يك پارامتر تك مقداري و يا در قالب منحني مقاومت اندازه‌گيري كرد كه اغلب توسط انتگرال J مشخص مي‌شود. امروزه انتگرال J و منحني J-R به‌علت اثربخشي مفيدشان در اندازه‌گيري چقرمگي به مهم‌ترين پارامترهاي مواد در مكانيك شكست الاستيكپلاستيك تبديل شده‌اند و به‌طور گسترده‌اي در كاربردهاي مهندسي استفاده مي‌شوند. هدف اصلي در اين مقاله، بررسي رفتار شكست مود مركب I/II پليمر پلي‌پروپلين با رويكرد انتگرال J و به دست آوردن منحني J-R با رعايت استانداردهاي موجود شكست الاستيك پلاستيك پليمرها و نيز تخمين مقدار JIC اين ماده مي‌باشد. در اجراي پژوهش از فيكسچر بهبود يافته‌اي كه معايب روشهاي آزمايش قبلي را برطرف كرده و آزمايش حالتهاي مختلف بارگذاري مود مركب داخل صفحه، از حالت مود خالص I (زاويه 0 درجه) تا مود خالص II (زاويه 90 درجه) و هر حالت تركيبي بين آنها را امكان‌پذير مي‌سازد بهره گرفته شده است. ضرايب بي‌بعد شدت تنش، ضرايب تاثير كار و برخي از نتايج با استفاده از روش اجزاء محدود و با به‌كارگيري نرم‌افزار آباكوس به دست آورده شده‌اند. براي تخمين مقادير انتگرال J و تهيه منحني‌هاي JR از روش چندنمونه‌اي مطابق با استاندارد مختص پلاستيكها، ASTM-D6068 و براي تخمين JIC از استاندارد E1820-13 استفاده شده است. منحنيهاي مقاومت مود I، مود II و حالات تركيبي با گام 15 درجه (7 حالت) با استفاده از آزمايشهاي تجربي تهيه و با يكديگر مقايسه شده‌اند. نتايج حاصل، رفتار چقرمه‌تر اين ماده در حالتهاي نزديك به مود بارگذاري I را نشان مي‌دهد

For ductile fracture, the toughness can be measured as a single parameter value or in a resistance curve format (JR curve) and is often characterized by the Jintegral for elasticplastic materials. Because of their effectiveness in measuring toughness, the Jintegral and JR curve have become the most important material parameters in elasticplastic fracture mechanics, and have been applied widely in practical engineering. Polymeric materials are widely being used for loadbearing structural applications and, therefore, understanding of their fracture properties is becoming more important. In this study, mixedmode I/II stable crack growth experiments were carried out on a widely used polymeric material, polypropylene, using recently modified fixture. Multispecimen Rcurve method were used for obtaining JR curves of different states of mixedmode loading conditions from pure modeI to pure modeII by varying the loading angle by 15° steps accordance with the standard ASTMD6068 and then the resulting Rcurves have been evaluated to determine the values of initiation toughness, JIC, following the schemes of the E813 and E1820 standard procedures. Finiteelement analyses were done by ABAQUS and modeI and modeII nondimensional stress intensity factors and geometric work factors of elasticplastic fracture were obtained for different conditions. Results show that for this material the value of JIC is much more than the value obtained for the JIIC. This material also exhibited a greater resistance to ductile crack growth in modeI.