A generalized phase-field approach for the failure of rubber-like materials
Kauçuk tipi malzemelerin hasarında genelleştirilmiş faz-alanı yaklaşımı
- Tez No: 785880
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HÜSNÜ DAL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Katı Cisimlerin Mekaniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 158
Özet
Kavite oluşumuna dayalı hacimsel hasar ve kesme gerilmeleri sebebiyle oluşan şekil değiştirme tipi hasar kauçuk tipi polimerler için ana hasar mekanizmalarıdır. Genel yükleme koşullarında bu hasar modları enerjisel/hacim ve entropik/kesme davranışları ile ilişkilidir. Bu çalışma ilk üç invaryantla ilişkilendirilebilir şekilde ayrılmış serbest-enerji fonksiyonu kullanarak enerji-tabanlı bir dayanım kriteri sunmaktadır. Bu serbest enerji fonksiyonu ayrıştırma şekli hacimsel ve kesme tipi deformasyonlarda farklı hasar modlarına izin vermektedir. Burada, temel hiperelastik/mekanik davranış için genişletilmiş sekiz zincir modeli kullanılmıştır. Özgün katkı olarak, bu çalışmada kesme ve hacimsel deformasyonlar için farklı bozunum fonksiyonları kullanılmış olup, bu sayede çatlak oluşumu öncesinde sıkıştırılamaz hiperelastik davranıştan boşluklu sıkıştırılabilir katı davranışına geçiş sağlanmıştır. Burada, ayarlanabilir Hermitsel polinom tabanlı bozunum fonksiyonları türetilmiş olup serbest enerji fonksiyonunun hacimsel ve entropik kısımlarına uygulanmıştır, böylelikle önerilen genelleştirilmiş faz-alanı yaklaşımı Poisson oranının bozunumunu yakalayabilmektedir. Dahası, Hermitsel bozunum fonksiyonu literatürde geçen ikinci dereceden, üçüncü dereceden ve dördüncü dereceden bozunum fonksiyonlarına özel durum olarak indirgenebilmektedir. Önerilen enerjisel ve entropik hasar yüzeyi incelenmiş olup, literatürde varolan verilerle kıyaslanarak modelin tahmin özellikleri irdelenmiştir. Ayrı bozunum fonksiyonlarının dışında, sonlu ve doğrusal olmayan bir viskoelastik model kurama entegre edilmiş ve hızın yırtılmaya olan etkisi incelenmiştir. Burada faz-alanının deformasyon geçmişine bağlı fonksiyonuna viskoz branşların elastik kısmı ayarlanabilir bir şekilde eklenmiştir. Son olarak, dolgusuz styrene-butadiene kauçuk için baz malzeme ve yırtılma davranışını elde etmek adına deneyler yapılmıştır. Farklı sınır değer problemleri çözülerek deneylerle kıyaslanmıştır.
Özet (Çeviri)
Dilatational failure in terms of cavity formation and distortional failure guided by shear-type deformations are the two main failure modes of rubbery polymers. These modes correspond to deformations associated with the energetic/volumetric and entropic/shear responses under general loading conditions. This work proposes an energy-based failure criterion with a unique split of the free-energy function in terms of the first three invariants. Such an ansatz allows various failure modes under volumetric and shear deformations. The baseline hyperelasticity is described by the extended eight-chain model. As a novel aspect, we introduce distinct degradation mechanisms for shear and dilatational deformations that account for the transition from quasi-incompressible hyperelastic behavior to a porous compressible solid state prior to macro-crack formation. Herein, separate forms of a tunable Hermitian polynomial-based degradation function are applied to the free energy function's dilatational and distortional parts. The tunable nature of the Hermitian polynomials allow adjustment of the degradation of each term separately. Utilizing two distinct degradation functions for the volumetric and the entropic parts, the proposed generalized phase-field approach is shown to allow such transition and the degradation of the Poisson's ratio is captured. Furthermore, the proposed degradation function recovers the quadratic, cubic, and quadric degradation functions from the literature as its special cases. The aspects of the proposed energetic failure surface are discussed, and its predictive capability is demonstrated by comparing it to existing data from the literature. Apart from separate degradations of the volumetric and entropic parts, a finitely nonlinear viscoelastic theory is utilized to investigate the rate effects to the fracture. An adjustable contribution of the viscoelastic part to the history field is adopted. Finally, experimental investigations are performed on unfilled styrene-butadiene rubber to obtain the base material response, rate effects, and fracture behavior. The fracture behavior is investigated with special v-shape notched specimens. Various boundary value problems are solved and the results are compared to the experiments.
Benzer Tezler
- Spektral renormalizasyon grubu ile ölçek envaryant çizgeler üzerinde kritik üstellerin hesaplanması
Critical exponents on scale invariant networks by using spectral renormalization group
ASLI TUNCER ÖZDEMİR
Doktora
Türkçe
2016
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE SİLİER
- An explicit phase field modeling of brittle plates with nonlocal operator method under certain loading condition
Belirli yükleme koşulları altındaki kırılgan levhaların açık faz alan yöntemi ve lokal olmayan operatör metodu ile modellenmesi
UMUT ŞAHİN
Doktora
İngilizce
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEVAT ERDEM İMRAK
- Asenkron generatör birim koruma sisteminin gerçeklenmesi
Implementing of unit protection system of asynchronous generator
HAYDAR BAYAR
Doktora
Türkçe
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiElektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÜMİT KEMALETTİN TERZİ
- Uluslararası hukukta iklim değişikliğinin denizler üzerindeki etkileri
The effects of climate change on the seas in international law
UĞUR KAYNAKÇIOĞLU