KFUPM ePrints

Effect of frequency on crack propagation in CPVC and HDPE at different temperatures

Saghir, Shaikh Farrukh (2004) Effect of frequency on crack propagation in CPVC and HDPE at different temperatures. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
11Mb

Arabic Abstract

مع التزايد في استخدام البوليميرات في مجال تحمل الاجهادات في الصناعة ، فإن فهم عملية الحمل المتذبذب في هذه المواد أمر هام وضروري . من ناحية تطبيقات ميكانيكا الكسر الخطي المرن للبولميرات (LEFM) ، فإنه من الضروري فهم المشاكل التي تنشأ بسبب السلوك اللزج المرن للمادة ، الذي يعرف بأنه منحني الاجهاد - الإنفعال مع تغير الزمن ، أو التردد أو درجة الحرارة . بسبب الطبيعة اللزجة المرنة للبوليمرات . فإن تقدم تشقق التعب (FCP) لمعظم البولميرات يكون حساس جدا لمتغيرات الفحص مثل التردد الدوري ودرجة الحرارة . في هذه الدراسة ، سيتم فحص تقدم تشقق التعبي وصلات الكلورايد البولي فينيل المكلور (CPVC) وأنابيب البولي إثيلين (DPEH) عالية الكثافة ضمن مجال التردد ودرجة الحرارة من 0.1-10 هرتز و 10-70 درجة حرارة مئوية . أيضاً أجريت عدة فحوصات على كلا المادتين لعدة درجات حرارة ، والنتائج أظهرت تناقص في إجهاد الخضوع مع إزدياد الحرارة . كما أجريت فحوصات (FCP) على حافة عينة محززة (SEM) حضرت من وصلات (CPVC) وأنابيب (HDPE). أيضاً استخدمت آلة فحص كهربائية هيدروليكية ذات تحكم سيرفو مخصص لفحص التعب وتمت مراقبة نمو التشقق بصريا باستخدام مكبر ذو انزياح مسافات طويلة مع آلة تصوير فيديو . معدل نمو التشقق وعامل كفاة الإجهاد (da/dN-ΔK) أعطيا نتائج متوافقة عند كل درجات الحرارة والترددات . في هذه الدراسة وجد أن مقاومة نمو تشقق 50 و 70) درجة مئوية ، بينما خضوع القص كان هو السائد عن (-10 و 23) درجة مئوية . منحنى الـ da/dN-ΔK لـ (CPVC) و (HDPE) طور من أجل ترددات مختلفة بالاعتماد على خواص ميكانيكية متغيرة عند درجات حرارة مختلفة . كما أجريت فحوصات مجهرية وتمت مقارنة سطح التعب الذي حصلنا عليه عند درجات حرارة وترددات مختلفة وأعطت معلومات مفيدة عن آلية كسر التعب عند تلك الدرجات والترددات .

English Abstract

Since now-a-days polymers are being used increasingly for load bearing industrial applications, understanding the fatigue process in these materials is very necessary and essential. For application of linear elastic fracture mechanics (LEFM) to polymers, it is necessary to recognize potential pitfalls caused by their viscoelastic behavior, i. e. stress-strain dependence on time (or frequency) and temperature. Due to their viscoelastic nature, the fatigue crack propagation (FCP) behavior of most polymers is sensitive to test variables such as cyclic frequency and temperature. In this study, Fatigue crack propagation in Cholorinated polyvinyl chloride (CPVC) pipefittings and high density polyethylene (HDPE) pipes are investigated over the frequency and temperature ranges of 0.1-10Hz and -10-70℃, respectively. Monotonic tests are also performed on both materials for different temperatures, and their result shows decrease in yield stress with increase in temperature. FCP tests were conducted on single edged notched specimens (SEN), prepared from CPVC pipefittings and HDPE pipes. A servo controlled electro hydraulic materials testing system was used for the fatigue testing. Crack growth was monitored optically by using the long distance traveling microscope with video camera system. The crack growth rate (da/dN) and stress intensity factor (ΔK) gave satisfactory correlation at all temperatures and frequencies. The fatigue crack growth resistance was found to increase with increasing frequency, and decrease with increasing temperature. Crazing was found to be the dominent fatigue mechanism, especially at (50⁰ C and 70⁰ C), while shear yielding was the dominant mechanism at (-10⁰, 0⁰ and 23⁰ C). The da/dN-ΔK master curves for CPVC and HDPE were developed for different frequencies based on the modified mechanical properties at different temperatures. Microscopic examination of the fracture surfaces is also performed. Comparison of the fatigue surfaces obtained at different temperatures and frequencies gives useful information on the fatigue fracture mechanisms operative at these temperatures and frequencies.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:January 2004
Date Type:Completion
Subjects:Mechanical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Creators:Saghir, Shaikh Farrukh
Committee Advisor:Merah, Nesar
Committee Members:Khan, Zafarullah and Mezghani, Khaled
ID Code:10496
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 17:06
Last Modified:30 Apr 2011 15:37

Repository Staff Only: item control page