بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش دهم

ارزیابی رفتار میکرومکانیکی

با در نظر گرفتن سیر تکاملی ریزساختارها و اثرات درجه حرارت، معادله انرژی آزاد (معادله شماره 2) به‌صورت زیر بسط داده‌شده است:

معادله شماره 9  

جایگزینی معادله شماره 9 در معادله شماره 3 منجر به تشکیل معادله حاکم خواهد شد.

سیستم شبیه‌سازی را با یک مربع به طول 0/1m  شروع می‌کنیم. شبکه اویلر برای محاسبات فاز میدان استفاده می‌شود. به‌طورکلی، 10-7 نقطه شبکه در این رابطه برای محاسبه دقیق توزیع سطح مشترک موردنیاز است. به‌هرحال اگر ما از یک شبکه یکنواخت استفاده کنیم، شبکه محاسباتی به‌طور قابل‌توجهی بزرگ خواهد بود. برای غلبه بر این مشکل ما از یک شبکه انطباقی استفاده می‌کنیم.

مشخصات فیزیکی زیر برای شبیه‌سازی بر مبنای تحقیقات پیشین مورداستفاده قرار گرفت:

چگالی: 𝛠=1010 kg/m³، نسبت پوآسون:  0/4𝜐 ، مدول یانگ: E=1/05 MP_a، ضریب انبساط حرارتی حجمی: 𝛼=6×10^-4، رسانایی حرارتی:0/75  (W/(m.K  ،  ظرفیت گرمایی: 120   (J/(K.kg.

توزیع فاز در لحظه زمانی مختلف برای خنک کردن قیر از درجه حرارت 333.15 K تا 273.15 K ، در شکل شماره 10 نشان داده‌شده است. عکس‌های فوری در 0 ثانیه، 0/2 ثانیه، 0/4 ثانیه، 0/6 ثانیه، 0/8 ثانیه و 1 ثانیه گرفته‌شده است. شکل شماره 10 نشان می‌دهد که در طول کاهش درجه حرارت، فاز اصلی مخلوط به‌تدریج به دو فاز مختلف تبدیل می‌شود. یک سطح مشترک شفاف و روشن نیز بین دو فاز وجود دارد.

شکل 10  توزیع فاز در لحظه زمانی مختلف تحت بارگذاری خنک شونده

شکل شماره 11 نشان دهنده توزیع فاز میدان متغیر در مرز پایین در t=0/5 ثانیه است. واضح است که توزیع سطح مشترک بین دو فاز (فاز I و فاز II نشان داده‌شده در شکل شماره 3) وجود دارد.

شکل 11  توزیع فاز میدان متغیر در مرز پایین در t=0/5 ثانیه

توجه داشته باشید که یک منطقه استرس فون میزس بالا در سطح مشترک وجود دارد.

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش یازدهم

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش هفتم

اثرات درجه حرارت

عامل مهم دیگری که بر سیر تکامل ریزساختارها و رفتار میکرومکانیکی قیر تأثیرگذار است، درجه حرارت می‌باشد. پس از رسیدن به دمای بحرانی، خواص قیر تغییرات چشمگیری از الاستیک به ویسکوالاستیک خواهد داشت. مدل زیر که توسط Karma و همکاران پیشنهادشده است می‌تواند برای مطالعه تأثیرات درجه حرارت (T) بر روی تکامل ریزساختارهای قیر مورداستفاده قرار گیرد.

معادله شماره 6            

دمای بحرانی را به‌عنوان T_c قرار داده و معادله را به‌صورت زیر بازنویسی می‌کنیم:

معادله شماره 7                                     

0=ϕ را به‌عنوان حالت مایع و 1=ϕ را به‌عنوان حالت‌جامد قیر تعریف می‌کنیم. خواص قیر تابعی از درجه حرارت است. برای سهولت کار، در حال حاضر در نظر می‌گیریم که درجه حرارت تنها بر تکامل ریزساختارها اثرگـذار است. موردی را در نـظر بگـیرید که در آن 1=ω و T-T_c=0، معادله به سمت تابع پتانسیل جفت نرمال فرومی‌ریزد و بدان معناست که رزین و روغن اثر یکسانی بر روی سیرتکاملی ریزساختارهای قیر دارند. درجه حرارت کمی را در نظر بگیرید که در آن T کم‌تر از T_c باشد، انرژی آزاد برای 1=ω و T-T_c=-20 K در شکل شماره 6_a نشان داده‌شده است. 0=ϕ را به‌عنوان حالت مایع قیر و 1=ϕ را به‌عنوان حالت‌جامد تعریف کنید. یکی از اطراف 0=ϕ به علت اثر درجه حرارت از بین رفته است. معنی فیزیکی آن این است که سیستم قیر در حال حاضر تنها یک حالت ناپایدار اطراف 0/5=ϕ داشته و نشان می‌دهد ک سیستم حالت‌جامد قیر را ترجیح می‌دهد. برای یک دمای بسیار بالا، موردی را در نظر بگیرید که در آن 1=ω و T-T_c=20 K باشد، انرژی آزاد آن در شکل شماره 6_a نشان داده‌شده است. به نظر می‌رسد که منحنی انرژی آزاد تنها یک حالت پایدار داشته و نشان می‌دهد که قیر تمایل رسیدن به حالت سیالیت را دارد.

شکل 6   انرژی آزاد نامنظم a) ω = 1 and T-T_C=20 K)و b) ω = 1 and T-T_C=-20 K)

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش هشتم

برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر