تحلیل تجربی و عددی شکست پلیمر پلی متیل متاکریلات تحت مود مرکب

وجود ترک در قطعات از مهم ترین عوامل شکست سازه ها می باشد. در اغلب موارد کاربردی، شکست سازه ها تحت مود یک یا مود دو و یا ترکیب مودهای کششی و برشی اتفاق می افتد. آزمایش آرکان که در اصل برای مواد کامپوزیتی طراحی شده است، در سا لهای اخیر توسط بسیاری از محققان برای مواد همگن مورد استفاده قرار گرفت. در این پژوهش برای دستیابی به مقادیر بحرانی شکست، نمونه های آزمون به شکل پروانه ای از جنس پلیمر پلی متیل متاکریلات به ضخامت 10 میلی متر تهیه شدند. آزمون نمونه ها در سه طول ترک مختلف و سه مود اول و مرکب و دوم خالص با تغییر زاویه بارگذاری بر پایه آزمایش آرکان و با استفاده از گیره ای با طراحی نوین انجام گرفت. نمودار بار بحرانی بر حسب جابجایی بدست آمد. در ادامه گیره به همراه نمونه در نرم افزار آباکوس مدل شده و ضرایب شدت تنش استخراج شدند. با استفاده از بار بحرانی حاصل از آزمون و ضرایب شدت تنش بی بعد به دست آمده از تحلیل المان محدود، چقرمگی شکست این پلیمر مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بیانگر این است که ماده پلیمری استفاده شده در این تحقیق در شرایط بارگذاری برشی دارای چقرمگی شکست بیشتری بوده و در بارگذاری کششی ضعیف تر است. آنالیز المان محدود با استفاده از خواص الاستیک پلیمر پلی متیل متاکریلات انجام پذیرفت.

Experimental and Numerical Investigation on Mixed Mode Fracture of PMMA

Existence a crack in structural parts is the main problem of predicting failure especially in mixed mode loading conditions. In most applications, fracture is happened under modeI (tensile), mode II (shear) or the combination of shear and tensile modes. Arcan test specimen was originally designed for use with composite materials, but in recent years has been adapted by many researchers for use with isotropic materials. In this paper, in an attempt to study the fracture toughness, test specimens were prepared in the form of butterfly from Polymethylmethacrylate polymer in specimen thickness of 10 mm. Experimental fracture tests were performed in three different crack lengths and first mode, mixedmode and the pure second mode by changing the loading angle, using a specially developed fixture, based on Arcan. Load versus displacement curves were obtained. Furthermore, the fixture and specimen were modeled in ABAQUS/CAE, and stress intensity factors were derived. Using critical loads of the tests and the dimensionless stress intensity factors, obtained from the finite element analysis, fracture toughness of the polymer was determined. As the result, it can be seen that the shearing mode fracture toughness is larger than opening mode toughness. This means that cracked specimen is weaker in tensile loading. Finite element analysis was performed using elastic properties of the Poly methyl methacrylate polymer.