Kauçuk Polimerinin Deneysel Karakterizasyonu

Abstract

Polimerler ve elastomerler bilinen yapı malzemeleri olmalarının yanında, günümüzde birçok endüstriyel uygulamada mekanik komponentler ve sistemler tasarımında geniş bir kullanım alanına sahiptirler. Bu kadar geniş alanda kullanılmalarının sebebi ise ekonomik olmaları ve diğer geleneksel malzemelerin hata verdiği spesifik, özel uygulamalarda yapılarına özgü karakteristikleri nedeni ile uyum içinde çalışabilmeleridir. Elastomerler karmaşık mekanik ve reolojik davranışlar gösterirler. Yük altında artan küçük gerilme veya zorlanma değerleri ile beraber kırılmadan önce çok büyük deformasyonlara ulaşabilirler. Ayrica, gerilme ve zorlanma değerleri arasında kuvvetli doğrusal olmayan bir ilişki vardır. Viskoz davranış ise elastomerlerin tipik bir karakteristiğidir. Visko elastik modeller malzemenin quasi-statik (yarı durağan) olarak yapiya uygulanırlar. Kauçuk türü malzemelerin sürünme (creep) ve gevşeme (relaxation) davranışlarını zamana bağlı olarak göstermesi de deneysel olarak kanıtlanmıştır ve aynı zamanda kompleks elastikiyet modülü de istenen frekansın fonksiyonudur. Literatürde, küçük (linear) ve büyük (non-linear) deformasyonlarda visko-elastisite için çeşitli modeller gelistirilmiş ve önerilmiştir. Belirtilen bu bazı mekanik davranışlar, literatürdeki temel sayısal modellerin karşılaştırılmalarının bulundugu yapılan araştırmanın ve tez’in ana fikri ve nesnesidir. Bunun yanında belirtilen modeller malzeme davranışına uygun olması için değiştirilmiş ve genelleştirilmiştir. Yapılan deneysel çalışma ise tez’in daha temel sorunlarını temsil etmiştir. Bu yüzden tek eksenli gerilme ve düzlemsel gerilmelerin farklı mekanik testlerini gerçekleştirmek için belirli teknikler ve test ekipmanları geliştirilmiştir. Bu geliştirilen test ekipmanları ile elde edilen deneysel veriler, literatürdeki modellerin parametrelerine uygulanır ve karşılaştırmalar gerçekleştirilir. Bu çalışmada, bir sonraki düzeyi olan çok eksenli ortamda yapılacak olan testlere belirli bir fikir verebilir. Bu deneysel veriler çok eksenli gerilme gibi farklı testlerde modellerin uyarlanması sonrasında kullanılabilirler. Sonuçta bu yaklaşım deformasyonun olduğu diğer temel durumlarda güvenli ve genelleştirilebilen uygun modellerin elde edilmesine olanak sağlamaktadır.

Polymers and elastomers, besides classical construction materials, find nowadays a wide use in the field of the design of mechanical components and systems and in many industrial applications. Reasons are their economy and their peculiar characteristics that fit with specific applications where traditional materials fail. Elastomers show complex mechanical and rheological behaviors. They reach very large deformations before breaking, with small residual strains after download; furthermore the relationship between stress and strain is strongly non-linear. The typical characteristic of elastomers is the viscous behavior. Visco-elastic models refer to quasi-static loading of the material, it is experimentally clear that rubber like materials are time dependent, showing creep and relaxation phenomena, and also a complex elastic modulus, function of the frequency of the solicitation. Several models for visco-elasticity have been developed and proposed in the literature, both for small (linear) and large (non-linear) deformations. This some mechanical behaviors above mentioned are object of this dissertation, where a comparison of principal numerical models available in literature is given. Moreover, models have been modified or generalized to fit properly to the material behavior. The experimental activity represents a further fundamental issue of the work: in order to perform different mechanical tests of uniaxial stretching and planar tension, dedicated techniques and test rigs have been developed. Experimental data are input in the numerical procedures for the estimation of the material dependent parameters of the studied models. In this study, a particular remark is given to the multiaxial approach: experimental data used to calibrate the models are referred to different tests (uniaxial, planar) and are involved together in the inverse procedures. This approach allows to obtain fitted models that are stable and transferable to other generic states of deformation.