Fatigue life of metal material can be predicted by the use of fracture theory and experimental database. Although prediction of fatigue life of rubber material uses the same way as metal, there are many reasons to make it almost impossible. One of the reasons is that there is not currently used fracture criteria for rubber material beacuse of non-standardization, various way of composition process of rubber and so on. Tearing energy is one of the fracture criteria which can be applied to a rubber. Even if tearing energy relaxes the restriction of rubber composition, it is also not currently used because of complication to apply in. Research material about failure process of rubber and tearing energy was reviewed to define the process of fatigue failure and the applicability of tearing energy in estimation of fatigue life for rubber. Also, 1file element formulation of tearing energy which can be used in FE analysis was developed.
Fatigue crack growth (FCG) behavior of natural rubber/ethylene-propylene-diene rubber (NR/EPDM) blend vulcanizates under dynamic tearing condition was investigated by using a fracture mechanics approach. It appeared that variation of crack growth rate with blend compositions was dependent on the level of imposed tearing energy G. At low tearing energy region, the FCG rates of the blend were lower as the EPDM content was increased, while at high tearing energy region, the trend was reversed. Over the measured range of tearing energy G, all blend compositions showed the lower crack growth rates compared to the average of properties of component elastomers. When the blends were thermally aged, the fatigue resistance of the blends was deteriorated in proportion to the concentration of EPDM phase. Fatigue crack growth behavior of the blends was supposed to be associated with the inhomogeneities of the crosslink structure of the blends arising from cure incompatibility of the EPDM and NR when they are sulphur cured.
Fatigue life prediction is based on fracture mechanics and database which is established from experimental method. Rubber material also uses the same way for fatigue life prediction. But the absence of standardization of rubber material, various way of composition by each rubber company and uncertainty of fracture criterion makes the design of fatigue life by experimental method almost impossible. Tearing energy which has its origin in energy release rate is evaluated as fracture criterion of rubber material and the applicability of fatigue life prediction method are considered. The system of measuring tearing energy using the principal of virtual crack extension method and fatigue life prediction by the minimum number of experiments are proposed.
It has been almost impossible to predict the fatigue life in the field of rubber materials by numerical methods. One of the reasons is that there are no obvious fracture criteria and excessively various ways of mixing processes. Tearing energy is considered as a fracture criterion which can be applied to rubber compounds regardless of different types of fillers, relative to other fracture factors. Fatigue life of rubber materials can be approximately predicted based on the assumption that the latent defect caused by contaminants or voids in the matrix, imperfectly dispersed compounding ingredients, mold lubricants and surface flaws always exists. Numerical expression for the prediction of fatigue life was derived from the rate of rough cut growth region and the formulated tearing energy equation. Endurance test data for dumbbell specimens were compared with the predicted fatigue life for verification. Also, fatigue life of industrial rubber components was predicted.
일반적인 고무 부품의 해석적 피로 수명 예측은 다양한 피로시험 결과를 바탕으로 정의되는 피로 수명식이 사용된다. 그러나, 이와 같은 방식은 피로 시험에 사용되는 비용적, 시간적인 문제로 인해 설계과정에서 매우 제한적으로 사용된다. 더욱이, 고무재료의 비규격화 및 임의적인 특성변화가 피로시험 결과의 데이터베이스화를 어렵게 만든다. 본 논문에서는 찢김에너지를 이용한 또다른 피로수명 예측 방식을 제안하였다. 자동차용 방진고무들에 대한 동적, 정적 찢김시험 및 복잡한 형상을 갖는 고무 부품의 찢김에너지를 계산하기 위하여 가상 결함을 고려한 유한요소 정식화를 수행하였다. 제안된 방법을 사용하여, 자동차용 모터 마운트의 피로 수명을 예측해 보았고, 실제 수명과 예측된 수명을 비교하여 신뢰성을 검증해 보았다.
The paper aims to design and verify tearing tube type energy absorption device applied in tram to ensure safety in case of collision accident. Energy capacity of tearing tube is determinated based on EN15227 and Standard Collision Scenarios Criterion in Detail in Republic of Korea. Tearing tube is designed based on theoretical model suggested by X.Huang et al. and assumption by T.Y. Reddy et al. Real scale collision tests are conducted to analyze the energy absorption characteristics and deformation mode. Bending of curl tips is absorbed collision energy when curl tips and tube body are contacted to each other from the tests and we suggest and include the formula on bending of curl tips in theoretical model.
Kim, Wonho;Kim, Minyoung;Chang, Young-Wook;Shin, Jung-Eun;Bae, Jong-Woo
Macromolecular Research
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제11권2호
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pp.73-79
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2003
Generally, field performance of elastomeric track pad components has been poor, especially for the medium to heavy tonnage tracked vehicles, which are operated on the hilly cross-country course. The service life of these track pad, is affected not only by the terrain and environmental conditions but also by the speed, cornering, braking, weight of the vehicle, and the track tread design. In this research, modulus, tearing energy, and the rate of crack propagation of vulcanizates are evaluated by changing base materials to improve the service time of track pad. By increasing the contents of carbon black, modulus, tearing energy, and fatigue crack growth resistance of vulcanizates improved. Compared with the NR vulcanizate, the HNBR vulcanizate had a higher value of tearing energy. The rate of crack propagation of vulcanizates using smaller size carbon black was slower than that using larger size carbon black. When the HNBR was blended with the ZSC, the tearing energy of the vulcanizates was a little reduced because of the high modulus but the crack propagation rate was reduced significantly. In the relation between the crack propagation rate and the strain energy release rate, though up to 100% strain were applied to specimens, the slope on the log scale ($\beta$) varied between 1.72 and 2.3 with the kind of elastomer.
본 연구에서는 화학적 표면처리에 따른 카본블랙의 구조 변화가 카본블랙/고무 복합재료의 경화거동 및 tearing energy ($G_T$)에 어떠한 영향을 주는가에 대하여 관찰하였다. 실험적 결과를 통하여, 극성 및 무극성 용액으로 화학적 표면 처리한 카본블랙은 극성 또는 무극성 관능기의 발달로 카본블랙의 물리적 구조의 변화를 가져 왔다. Kissinger 식으로부터 얻은 카본블랙/고무 복합재료의 경화 거동은 경화 활성화 에너지 (cure activation energy, Ea)와 진동 인자 (frequency factor, A)가 분산력이 좋은 시편에서 감소하여 결과적으로 높은 반응성을 나타내는 것을 볼 수 있었다. 한편, 염기성 용액으로 처리한 BCB와 무극성 용액으로 표면 처리한 NCB는 충전재로 사용된 카본블랙/고무 복합재료의 기계적 물성 중 tearing energy를 증가시켰다. 이러한 결과는 분산력 또는 agglomerate의 발달, 표면 관능기, 기공 부피 (void volume), 그리고 카본블랙/고무 복합재료의 가교밀도 (cross-linking density)등으로 설명될 수 있었다.
This paper describes a study on the tearing damage of the ship's bottom plating during a grounding. It has been known widely that difference scaling laws are applied for bodies undergoing simultaneously plastic flow and crack propagation in the deformation of the plate tearing. Especially, the basic scaling law is not followed for the fracture. In this study plate cutting experiments for the geometrically similar models have been performed in order to verify the problem. From the experimental results, it has been observed that the cutting forces and energy for the larger models are significantly lower than those of the smaller models the damage become large. A simplified analytical method for the estimation of tearing is proposed based on the experiments and it has been observed that the results of the present formula are correlated very well with the experiments
This paper describes a study on the tearing damage of a ship's bottom plating, during a grounding. It is widely known that different scaling laws are applied for bodies undergoing simultaneous plastic flow and crack propagation in the deformation of plate tearing. Specifically, the basic scaling law is not followed for the fracture. In this study, in order to verify the problem, plate cutting experiments for geometrically similar models have been performed. From the experimental results, it has been observed that the cutting forces and energy for the larger models are significantly lower than those of the smaller models. A simplified analytical method for the estimation of tearing is proposed, based on the experiments. It has been observed that the results of the present formula are highly correlated with the experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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