بررسي تجربي رفتار خستگي رزين اپوكسي تحت كنترل بار و جابه‌جايي

Experimental Investigation on Fatigue Behavior of Epoxy Resin under Load and Displacement Controls

در اين پژوهش، ابتدا در شرايط ايستا، خواص مكانيكي رزين اپوكسي شامل مدول‌‌هاي كششي و خمشي و استحكام‌هاي كششي و خمشي مطالعه شد. سپس در دماي محيط، رفتار خستگي در شرايط كشش - كشش براي بسامدهاي مختلف 2، 3 و Hz 5 ارزيابي شد. در ادامه، رزين اپوكسي در شرايط بارگذاري خستگي خمشي با كنترل جابه‌جايي قرار گرفت و عمر خستگي آن بررسي شد. نتايج نشان مي‌دهد، براي رزين بررسي شده در اين پژوهش، مدول كششي برابر با GPa 5/2، مدول خمشي برابر با GPa 3، استحكام كششي برابر با MPa 98/59 و استحكام خمشي برابر با MPa 02/110 است. براي خطي‌بودن رفتار نيرو - تغييرشكل، بيشينه جابه‌جايي مجاز در آزمون خمش سه‌نقطه‌اي، برابر با mm 5 به‌دست آمد. همچنين، افزايش بسامد باعث كاهش عمر خستگي شكست شده و در ميان بسامد‌هاي آزمون شده، مقدار عمر خستگي در بسامد Hz 2 در مقايسه با بسامد Hz 5، تقريباً 8/5 برابر به‌دست آمده است. در ادامه، تغييرات مدول كششي رزين اپوكسي در شرايط بارگذاري خستگي كشش - كشش با توجه به اهميت آن نيز مطالعه و مشاهده شد، مدول رزين اپوكسي در بسياري از زمان‌هاي آزمون، تغيير چشمگيري ندارد و فقط در چرخه‌هاي اوليه و پاياني نزديك به نقطه شكست، به‌طور ناگهاني كاهش مي‌يابد. براي تكميل مطالعه رفتار خستگي رزين اپوكسي، اين ماده در بارگذاري‌ خستگي خمشي در شرايط كنترل جابه‌جايي در دماي محيط قرار گرفت و نمودار بيشينه تنش اعمال ‌شده نرمال‌شده برحسب تعداد چرخه خستگي شكست رسم شد كه با استفاده از آن مي‌توان عمر خستگي شكست رزين در هر تنش بيشينه اعمال ‌شده دلخواه را به‌خوبي پيش‌بيني كرد.

The mechanical properties of epoxy resin including tensile and flexural modulus, tensile and flexural strength for static conditions are currently studied. The frequency effect as significant parameter at room temperature is investigated and fatigue behavior of the epoxy resin in tension-tension loading conditions for different frequencies of 2, 3 and 5 Hz are obtained. The epoxy resin has been taken under flexural bending fatigue loading and fatigue life is investigated. The results of the experiments show the values of 2.5 and 3 GPa of tensile and flexural modules and 59.98 and 110.02 MPa of tensile and flexural strengths for the resin, respectively. To achieve a linear load-deflection relationship in a three-point bending experiment, a maximum allowable deflection of 5 mm is acquired. The relationship between the frequency and fatigue life shows higher frequency results in lower fatigue life. Loading with frequency of 2 Hz has provided 5.8 times more fatigue life compared with 5 Hz loading. For a tension-tension fatigue loading condition, the variation of tensile module of epoxy resin shows no noticeable change during the fatigue loading condition. This module decreases significantly only in the primary and failure cycles close to the fracture point. In further experiments, fatigue behavior of epoxy resin was tested under flexural bending fatigue loadings with controlled deflection at room temperature. Maximum applied normalized stresses versus the number of cycles to failure curve are illustrated and it can be performed in order to predict the number of cycles to failure for the resin in arbitrary applied normal stresses as well.