По мере роста спроса на легкую конструкцию в промышленном производстве мягкие клеи все шире используются в таких областях, как автомобили, аэрокосмическое и электронное оборудование. Усталость мягкого клея в условиях циклической загрузки значительно повлияет на безопасное использование клеевой конструкции. Учитывая, что мягкие клеи часто демонстрируют значительную вязкостно - эластичность, изучение деформации вязко - эластичных мягких клеев при многоосной циклической загрузке на сложных путях имеет большое значение для конструкции устойчивости к усталости и оценки безопасности адгезионных структур. В последнее время,Профессор Чжан Цзюнь из Чжэнчжоуского университетаБыло проведено экспериментальное исследование деформационного поведения модифицированного полиуретанового мягкого клея HP - 172B с вязкостью и эластичностью при одноосном растяжении и двухосном циклическом циклическом нагружении с многоканальным управлением напряжениями (рисунок 1), и была разработана модель циклической структуры, которая описывает эти сложные деформации.

Рисунок 1 Схема пути двухосной загрузки: (a) пропорциональный путь; (b) ромбический путь; (c) Кольцевой путь; (d) Овальный путь.

В начале исследования были подготовлены образцы гибких связующих веществ с модифицированным полиуретаном в форме гантели и проведены эксперименты с одноосным циклом растяжения. Как показано на рисунке 2, мягкий клей с вязкостно - упругими свойствами имеет непрерывную циклическую ползучесть и накопление деформации храпового колеса при циклической загрузке. По мере увеличения количества циклов мягкая связка циклически размягчается и сопровождается постепенным уменьшением рассеянной энергии. Чтобы описать закон эволюции, в исследовании предлагается нелинейная модель вязкостно - упругой структуры, которая учитывает свойства вязкости материала и строит математические выражения, содержащие кумулятивные функции деформации и функции наклона, на основе модели Кельвина и модели Максвелла, чтобы предсказать накопление деформации храпового колеса и циклическое размягчение материала при циклической загрузке.

Рисунок 2

Рисунок 3

Учитывая, что мягкий клей в реальном обслуживании может также выдерживать двухосную циклическую загрузку, в настоящем исследовании дополнительно проводятся испытания на двухосную циклическую загрузку при растяжении, которые учитывают сложный путь загрузки. По сравнению с одноосной циклической загрузкой путь непропорциональной загрузки приводит к более значительному накоплению деформации храпового колеса, а закон эволюции деформации храпового колеса коррелирует с интенсивностью пути загрузки (рис. 3). В условиях асимметричной циклической загрузки деформация растяжения в разных направлениях приводит к изменению взаимодействия между молекулярными цепями, так что восстановление вязкости молекулярной цепи сложнее, чем пропорциональная загрузка, и в конечном итоге проявляется в различных законах накопления деформации храпового колеса. Кроме того, мягкая связка при разных путях загрузки показывает разные законы эволюции энергии рассеяния, а начальная энергия рассеяния и общая энергия рассеяния, соответствующая пути непропорциональной загрузки, выше, чем путь пропорциональной загрузки, что указывает на то, что путь непропорциональной загрузки может нанести больший ущерб материалу. Чтобы описать деформацию материала при сложном пути загрузки, в этом исследовании была разработана двухосная модель многопутного цикла путем введения коэффициента пути загрузки. Модель описывает дополнительное влияние различных путей загрузки на деформацию трещотки материала путем корректировки коэффициента пути загрузки, чтобы точно предсказать механическую реакцию в условиях двухосной циклической загрузки (рис. 5).

Рисунок 4 Энергия деформации и рассеяния храпового колеса при различных путях загрузки изменяется с количеством циклов

Рисунок 5 Сравнение расчетов модели и результатов испытаний в условиях двухосной многоканальной циклической загрузки

Подводя итог, в этом исследовании основное внимание уделяется взаимосвязи между деформацией храпового колеса, циклическим размягчением и повреждением материала в различных условиях пути загрузки в процессе циклической деформации мягкого связующего вещества. Результаты этого исследования помогают проектированию и разработке устойчивой к усталости конструкции мягкого связующего вещества. Стоит отметить, что в этом исследовании коэффициент пути загрузки рассматривается как параметр, связанный только с маршрутом загрузки, в то время как на самом деле этот параметр может быть связан с количеством циклов. Точность теоретических прогнозов может быть дополнительно повышена путем рассмотрения зависимости числа циклов от коэффициента пути загрузки и внесения соответствующих поправок.

Исследование было опубликовано в « International Journal of Fatigue» под названием « Investigation on the ratcheting strain and cyclic softening of viscoelastic soft adhesive under uniaxial and biaxial cyclic loadings».