پیاده سازی عددی مدل ساختاری هایپرالاستیک-ویسکوپلاستیک برای شبیه سازی رفتار مکانیکی پلیمرهای الاستومر گرمانرم با ساختار دو فازی

کاربرد گسترده ی الاستومرهای گرمانرم پلی یورتان (TPU) به ­ویژه در صنایع خودروسازی و پزشکی، نیاز به توسعه ی مدل های عددی دقیق جهت پیش بینی پاسخ این مواد دو­فازی در مواجهه با بارگذاری های مختلف را به عنوان یک ضرورت مطرح کرده است. هدف از این مطالعه، شناسایی رفتار تغییر شکل الاستومرهای گرمانرم پلی یورتان­ ها از طریق انجام آزمایش های تجربی و تطبیق یک مدل ماده مناسب با آن و سپس پیاده­ سازی مدل ساختاری در نرم افزار اجزای محدود آباکوس به­روش حل­گر صریح از طریق زیرروال VUMAT است. چارچوب مادی پدیده شناختی شامل یک مولفه تعادلی برای توصیف پاسخ غیراتلافی هایپرالاستیک فاز نرم بی­شکل و یک مولفه الاستیک-ویسکوپلاستیک برای تغییرات در فاز سخت بلورین TPU است. در این چارچوب، فاز نرم به­ صورت یک عنصر فنری هایپرالاستیک مدل هشت زنجیره­ای آرودا-بویس و فاز سخت به­ صورت ترکیبی از یک فنر الاستیک خطی، میراگر ویسکوپلاستیک غیرخطی مدل ری- ایرینگ اصلاح شده و یک عنصر اصطکاکی مدل­ سازی شده است. صحت پیاده ­سازی مدل با استفاده از آزمون ­های فشار تک ­محوره به ­صورت یکنواخت و چرخ ه­ای در نرخ کرنش ­های مختلف در شرایط هم­دما مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که با افزایش درصد فاز سخت، TPU رفتار­های پلاستیکی قوی­ تر، با اتلاف انرژی بیشتر و بازیابی شکل کمتر نشان می­ دهد و با اعمال کرنش فشاری یک، پس از هر چرخه بارگذاری- باربرداری، کرنش پسماند حاصل، حتی تا چند هفته پس از پایان آزمایش به­ طور کامل بازیابی نمی ­شود. تطابق بین مدل و داده های آزمایشگاهی برای TPU­های نماینده، نه­ تنها بینش فیزیکی از مکانیزم ­های تغییر شکل مواد TPU ارائه داد بلکه قابلیت­ های شبیه­ سازی پدیده­ های اصلی از جمله رفتار­های الاستیک و ویسکو پلاستیک وابسته به زمان و رژیم نرم ­شوندگی را که وابسته به درصد فاز سخت TPU هستند، به­ خوبی توصیف کرد.

کلیدواژه ها:

الاستومر گرمانرم پلی یورتان ، رفتار تغییر شکل هایپرالاستیک-ویسکوپلاستیک ، مدل آرودا- بویس ، جریان ویسکوپلاستیک ری- ایرینگ اصلاح شده ، آزمون فشار و کشش تک محوره ، آزمون رهایش از تنش