Korean Journal of Rheology, Vol.9, No.3, 97-102, September, 1997
고분자재료의 피로과정에서의 비선형 동적 점탄특성 평가법
Evaluation Technique of Nonlinear Dynamic Viscoelasticity During Fatigue Process for Polymeric Materials
초록
내피로성은 기계적 구조물로 사용되는 고분자재료에는 반드시 필요한 성질이며, 피로거동은재료특유의 비선형 동적 점탄특성과 아주 밀접한 관계가 있다. 본 연구에서는 피로과정에서의 비선형 동적 점탄특성을 정량적, 연속적으로 측정할 수 있는 시험 기기와 가해준 변형에대한 응답 응력파의 기본 응력파(선형적 응답)로부터의 차이를 직접 측정하여 이를 규격화한 비선형 점탄성 파라미터 NVP(Nonlinear Viscoelastic Parameter)라 명명한 새로운 평가방법을 개발하였다. 그리고, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 배향물을 사용하여 그 평가방법의타당성을 조사한 결과, 피로과정에서의 비선형 동적 점탄특성을 나타내는 NVP가 증가함에따라 재료의 피로수명은 감소하였다. 따라서, MVP가 고분자재료의 내피로성을 평가하는 척도로서 사용 가능하다는 사실이 증명되었다. 또한, 각 고조파 성분에 대해 조사한 결과, 인장형 피로시험 양식에서는, 고체입자 분산계의 전단변형에서 나타난 비선형 점탄성의 결과와는 달리 2차 성분의 크기가 가장 컸으며, NVP에의 기여도도 가장 크게 나타났다. 이는변형양식의 차이에 따른 결과로 볼 수 있다.
Fatigue behavior of polymeric materials used for structural components is very important to investigate long term reliability for engineering applications. And, it is closely related to nonlinear dynamic viscoelasticity. In this study, fatigue tester which enabled continuous and quantitative measurement of nonlinear dynamic viscoelastic functions was developed. And, the evaluation method of nonlinear dynamic viscoelasticity for polymeric materials during fatigue process was proposed on the basis of nonlinear viscoelastic parameter (NVP) evaluated from the magnitude of higher harmonics of Fourier expanded stress signal. Also, using the oriented high-density polyethylene (HDPE) as specimen, the effect of NVP on fatigue behavior was studied. As a result, fatigue strength of the oriented HDPE decreased with an increase in NVP. Therefore, it was confirmed that NVP can be used as an index of fatigue lifetime or fatigue strength for polymeric solids. And also, in the case of tension-tension type fatigue test, the magnitude of 2nd-order harmonics of Fourier series was greater than the other higher-order harmonics, and the 2nd-order harmonics was the greatest contribution to NVP.
Keywords:Fatigue;Nonlinear Dynamic Viscoelasticity;Nonlinear Viscoelastic Parameter(NVP);Oriented High-density Polyethylene;Higher-order Harmonics
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