Kauçuk türü malzemelerin inelastik özelliklerinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of the inelastic properties of rubber-like materials
Yazar: VAHAP VAHAPOĞLU
Danışman: PROF. DR. SAMİ KARADENİZ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Bu tezde deformasyon sebebiyle kristalize olamayan SBR (stiren-bütadien kauçuğu)ve NBR (nitril-bütadien kauçuğu) kauçukları ile deformasyon nedeniyle kristalize olabilenNR (doğal kauçuk) kauçuğunun inelastik özelliklerinden gerilme gevşemesi, Mullinsetkileri, kalıcı deformasyon, şekil değiştirme hızı ve histerezisin bu kauçukların gerilme-şekil değiştirme davranışına etkileri deneysel olarak incelenmiştir.Yapılan çalışmada, amaca yönelik olarak bir tek eksenli çekme makinası tasarlanmışve imal edilmiştir. Deney düzeneğindeki tüm donanım ve sensörlerin kontrolü NI-LABVIEW ortamında yazılan bir yazılımla kontrol edilmiştir. Sözü edilen inelastiközellikleri incelemeye yönelik olarak yedi farklı deney prosedürü geliştirilmiş ve yazılımlailişkilendirilmiştir. Böylelikle tüm deneyler tamamen bir bilgisayar desteğiylegerçekleştirilmiştir.Öncelikle, çalışmada kullanılan kauçukların her bir inelastik özelliklerinin gerilme-şekil değiştirme davranışına etkileri tek tek incelenmiş ve ardından bileşik etkileriçalışılmıştır. Böylece kauçuk türü malzemelerin inelastik özelliklerinden bağımsız gerilme-şekil değiştirme verileri elde edilmiştir.Deneysel çalışmalardan, ön deformasyon deneylerinin SBR kauçuk malzemesinde200 mm/dak. uygulanabileceği gözlemlenmiştir. NBR ve NR kauçuk malzemelerinde bunakarşılık gelen şekil değiştirme hızları ise 80 mm/dak'dır. Mullins etkilerinden bağımsızgerilme-uzama oranı verileri elde edebilmek için kauçuk numunelerin 10 ile 12 tekrarlıyüklemeye tabi tutulmaları gerekmektedir. Bu, tekrarlı yükleme çevrimlerindenmalzemedeki gerilme yumuşaması, kalıcı deformasyon ve histerezis kararlı halegelmektedir. Deneylerden, SBR kauçuk için inelastik özelliklerden bağımsız gerilme-uzama oranı verileri elde edilebileceği gözlemlenmiştir. Diğer taraftan NBR ve NR kauçukiçin ise yükleme ve boşaltma eğrileri arasında histerezis alanı kaldığından inelastiközelliklerden bağımsız veriler elde edilememektedir.

Abstract:
Experimental Investigation of the Inelastic Properties of Rubber-like MaterialsIn this thesis, the effects of the stress relaxation, Mullins effects, permanent set,strain rate of straining, and hysteresis on the stress-strain behaviours of SBR (Stiren-Bütadien Rubber) and NBR (Nitril-Bütadien Rubber) which show no strain inducedcrystallization and NR (natural rubber) which shows strain induced crystallization areinvestigated experimentally.A special purpose uni-axial testing machine was designed and manufactured for thestudy. All the hardware and the sensors used in the experimental set up were controlled bya software written in the NI-LABVIEW platform. To investigate the inelastic properties ofthe rubbers used seven different loading procedures were proposed and then fed into thesoftware. Hence, all the experiments were performed by the full assistance of a computer.In the fist stage, the effects of the every one of these inelastic properties on the stress-strain behaviours of the chosen rubbers were investigated and then their combined effectswere studied. Hence the stress-strain data which are independent of the inelastic propertiesof the rubbers were obtained. The effects of the application of pre-conditioning on theinelastic properties of the studied rubbers were also investigated.Experimental investigation showed that the pre-conditioning experiments can becarried out at a strain rate of 200mm/min. for the SBR. The corresponding strain rate forNBR and NR is 80 mm/min. In order to obtain the Mulins effects free data it is necessarythat the rubber specimens should be subjected to 10 to 12 pre loading cycles. After theseloading cycles the effects of the stress relaxation, permanent set, hysterisis on the stress -strain behavior settled down. For the SBR is possible to obtain the stress-stain data whichare independent from the inelastic properties of this rubber. On the other hand, such datacan not be obtained for of the NBR and NR since there remains some hysteresis areabetween the uploading and unloding curves for these rubbers.