Análisis de fatiga de elastómeros de juntas flexibles combinando el modelo constitutivo de segundo orden de Ogden con la densidad de energía de agrietamiento
Autores: Zhang, Jinyao; Ren, Junxue; Xue, Muyao; Tong, Yue; Zheng, Qing; Tang, Haibin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Análisis de fatiga de elastómeros de juntas flexibles combinando el modelo constitutivo de segundo orden de Ogden con la densidad de energía de agrietamiento
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Junta flexible
Elastómeros
Fallo por fatiga
Densidad de energía de agrietamiento
Análisis de elementos finitos
Predicción de la vida útil por fatiga
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 33
Citaciones: Sin citaciones
Como componente central de la boquilla flexible en motores de cohetes sólidos, la junta flexible se basa en la deformación por corte de sus elastómeros de goma de silicona para lograr un gran ángulo vectorial, y la junta es propensa a fallos por fatiga cuando trabaja bajo alta presión. Con el objetivo de resolver el fallo por fatiga de los elastómeros de la junta flexible, se introdujo el método de densidad de energía de agrietamiento (CED) en el análisis de fatiga de juntas flexibles. Se derivó una fórmula integral conveniente para calcular la CED de los elastómeros a partir del modelo constitutivo de segundo orden de Ogden. Se calculó la CED en el valor máximo de la primera elongación principal de la junta bajo 12.3 MPa y un ángulo de oscilación de 6 grados mediante el análisis de elementos finitos (FEA), y luego se llevó a cabo la predicción de la vida útil por fatiga de los elastómeros. Los resultados muestran que el método CED puede predecir mejor la vida útil por fatiga de oscilación y la orientación del plano de agrietamiento de los elastómeros en comparación con el SED. Los resultados también muestran que la fórmula derivada puede obtener de manera eficiente y precisa la distribución de CED del área peligrosa de los elastómeros bajo carga. La relación entre la vida útil predicha y la vida útil medida es de 1/1.12 dentro del doble factor de dispersión. La ubicación de la grieta predicha y la orientación del plano de agrietamiento coinciden bien con el resultado de la prueba de fatiga. El método puede proporcionar una referencia teórica para el análisis de fatiga y el diseño de fiabilidad estructural de juntas flexibles.
Descripción
Como componente central de la boquilla flexible en motores de cohetes sólidos, la junta flexible se basa en la deformación por corte de sus elastómeros de goma de silicona para lograr un gran ángulo vectorial, y la junta es propensa a fallos por fatiga cuando trabaja bajo alta presión. Con el objetivo de resolver el fallo por fatiga de los elastómeros de la junta flexible, se introdujo el método de densidad de energía de agrietamiento (CED) en el análisis de fatiga de juntas flexibles. Se derivó una fórmula integral conveniente para calcular la CED de los elastómeros a partir del modelo constitutivo de segundo orden de Ogden. Se calculó la CED en el valor máximo de la primera elongación principal de la junta bajo 12.3 MPa y un ángulo de oscilación de 6 grados mediante el análisis de elementos finitos (FEA), y luego se llevó a cabo la predicción de la vida útil por fatiga de los elastómeros. Los resultados muestran que el método CED puede predecir mejor la vida útil por fatiga de oscilación y la orientación del plano de agrietamiento de los elastómeros en comparación con el SED. Los resultados también muestran que la fórmula derivada puede obtener de manera eficiente y precisa la distribución de CED del área peligrosa de los elastómeros bajo carga. La relación entre la vida útil predicha y la vida útil medida es de 1/1.12 dentro del doble factor de dispersión. La ubicación de la grieta predicha y la orientación del plano de agrietamiento coinciden bien con el resultado de la prueba de fatiga. El método puede proporcionar una referencia teórica para el análisis de fatiga y el diseño de fiabilidad estructural de juntas flexibles.