Crack size prediction in samples containing weld line: simulation x experimental result

Autor: Flávio A. Kalnin, Ricardo Pedro Bom
Rok vydání: 2008
Předmět:
Zdroj: Matéria (Rio de Janeiro), Volume: 13, Issue: 3, Pages: 439-447, Published: SEP 2008
Matéria (Rio de Janeiro) v.13 n.3 2008
Matéria (Rio de Janeiro. Online)
instacron:RLAM
ISSN: 1517-7076
DOI: 10.1590/s1517-70762008000300004
Popis: Este trabalho tem por objetivo apresentar os resultados obtidos por simulação numérica realizada com o aplicativo desenvolvido neste laboratório, o qual permite prever o tamanho da trinca em corpo de prova com linha de solda. Os resultados da simulação serão comparados com os resultados experimentais obtidos a partir de corpos de prova moldados pelo processo de injeção em diferentes temperaturas e caracterizados a partir de ensaio de tração. O aumento do tamanho da trinca em produtos moldados pelo processo de injeção pode provocar a diminuição da tensão de ruptura efetiva na região de sua existência devido à diminuição da área de contato ou de interpenetração. Este problema pode ser de grande importância em peças estruturais, pois pode reduzir a tensão efetiva de trabalho. A partir de equações que descrevem: o resfriamento de polímeros, a reologia de polímeros, a difusão e a interpenetração molecular e tomando-se como base o modelo de reptação descrito por De Gennes, determinou-se o perfil da difusão molecular na interface de junção dos fluxos e a interpenetração ao longo da espessura, bem como se determinou a interpenetração crítica utilizando-se o tamanho da trinca. Por fim, com a diminuição da temperatura de injeção, o corpo de prova solidifica mais rapidamente, diminuindo a difusão e a interpenetração molecular na interface da linha de junção. Com o aumento da interpenetração molecular, aumenta-se a tensão máxima de ruptura do polímero termoplástico Polystyrol 158 K da Basf. Determinou-se uma dependência entre a interpenetração máxima no centro do corpo de provas e a interpenetração crítica correspondente à trinca obtida por ensaios de tração em função da variação da temperatura. Assim, foi desenvolvido um aplicativo que descreve com muita coerência a dimensão da trinca. This paper presents results from numeric simulation performed using a software specially developed to determine the crack length in samples with a weld line. The simulations results were compared with experimental results obtained by tensile testing samples molded by the injection process with several melting temperatures. The increase on the crack length in products made by the injection process may provoke a decrease on the effective rupture stress due to the decrease on the contact area or on the interpenetration. This problem might be a relevant one for structural parts since it might reduce the effective work stress. Using appropriated equations to describe: polymer cooling and rheology, the molecular inter-diffusion and interpenetration, and taking as a basis DeGennes's reptation model, it was possible to determine the inter-diffusion profile in the weld line interface and the interpenetration along the thickness. The critical interpenetration was determined on the basis of the crack length value. Finally, reducing the injection temperature the sample solidifies faster, thus decreasing the molecular inter-diffusion and the interpenetration in the weld line interface. By increasing the molecular interpenetration the maximum rupture stress of the Basf thermoplastic polymer Polystyrol 158K is also increased. The dependence between the maximum interpenetration in the middle of the sample and the critical interpenetration corresponding to the crack found by tensile testing the samples as a function of temperature variation was determined. Therefore, a software was developed able to well and coherently describe the crack dimension.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: