UHMWPE'nin farklı deformasyon hızları altında eğilme davranışının belirlenmesi: deneysel ve nümerik çalışma

Yarı kristal termoplastik malzeme olarak bilinen hafifliği, çok düşük sürtünme katsayısı, yüksek aşınma direnci, yüksek darbe dayanımı, yüksek kimyasal ve korozyon direnci ve yüksek gürültü emilim gibi olağan üstü mekanik ve fiziksel özelliklerinden dolayı Ultra Yüksek Molekül Ağırlıklı Polietilen (UHMWPE), biyomedikal, savunma, otomotiv ve havacılık gibi birçok sanayi kollarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu uygulama alanlarında UHMWPE genellikle değişik hızlar altında eğilme gibi çok eksenli yüklere maruz kalmaktadırlar. Bu malzemenin değişik hızlar altındaki eğme yüklerine karşı vermiş olduğu tepkiyi önce deneysel olarak belirlemek ve sonrasında da sonlu elemanlar bağlamında modellemek endüstriyel bir gereksinimdir. Bu çalışmanın ana amacı daha önce hiç belirlenmemiş UHMWPE'nin değişik hızlarda 3 nokta eğme yükleri altındaki mekanik davranışını deneysel olarak belirlemek ve nümerik olarak doğrulamaktır. Bu kapsamda 3 nokta eğme testleri 0.1, 1 ve 12 mm/s hızları altında gerçekleştirilmiştir. Bu testlerin nümerik analizleri SAMP-1(polimerler için yarı analitik malzeme modeli) malzeme modeli kullanılarak LS-DYNA mühendislik programında yapılmıştır. SAMP-1 malzeme modelinin hesaplamalar için gereksinim duyduğu çoklu çekme plastik gerinim-gerilim eğrileri ile birlikte basma plastik gerinim-gerilim eğrileri gerçekleştirilen çekme ve basma testleri aracılığıyla elde edilmiştir. Basma ve çekme testleri yine 0.1, 1 ve 12 mm/s hızları altında yapılmıştır. UHMWPE'nin çekme ve basma yükleri altında sergilemiş olduğu gerinim yumuşaması ve takip eden gerinim sertleşmesi gibi önemli malzeme davranışlarını SAMP-1 malzeme modeli tarafından yüksek hassasiyetle elde edildiği bu testlerin yapılan nümerik analizleri sonucunda ortaya konmuştur. Artan hıza bağlı UHMWPE'nin 3 nokta eğme yüklerine karşı verdiği tepkinin arttığı ve SAMP-1 malzeme modeli aracılığı ile yüksek doğrulukla elde edildiği gözlemlenmiştir.