MODAL ANALYSIS ON DETERMINATION OF DYNAMIC PARAMETERS OF RECTANGULAR UHMWPE PLATES


Özenç O. , Dündar M. A. , Şahin D. E.

6th INTERNATIONAL CONGRESS ON INNOVATIVE SCIENTIFIC APPROACHES, Samsun, Turkey, 19 - 20 December 2021, pp.338-347

  • Publication Type: Conference Paper / Full Text
  • City: Samsun
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.338-347

Abstract

Ultra-High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE), classified as semi-crystalline thermoplastic, offers many outstanding material attributes such as high specific strength, high impact resistance and high resistance to corrosion; therefore, plates made of UHMWPE are widely used as load - carrying components in numerous application fields like automotive and military. In those applications, UHMWPE plates are generally subjected to dynamic loads; therefore, understanding their actual operating conditions under dynamic loads is crucial for robust design. To this end, very significant dynamic parameters, such as first three natural frequencies and corresponding mode shapes and damping ratios, that provide in-depth information regarding a dynamic material behavior were determined for UHMWPE rectangular plates with and without cut-out hole by conducting the modal analysis. While the dimensions of both rectangular plates are 150x100x4 mm, the diameter of the cut-out hole is 25 mm. Additionally, one side clamped boundary conditions were dictated to both plates during modal analysis. The first three natural frequencies and corresponding mode shapes wereextracted for both rectangular plates from Lancsoz eigensolver utilized in Abaqus software. Both experimental and numerical results revealed that the cut-out hole leads to a stiffness reduction in the UHMWPE rectangular plate which results in lower natural frequencies compared to the natural frequencies of UHMWPE rectangular plate without cut-out hole. Furthermore, as a result of the stiffness reduction caused by the cut-out hole, damping ratios calculated based on the half-power bandwidth were found to be less for the rectangular plate with cut-out hole. Nevertheless, it was also revealed that the pattern of structural deflections (mode shapes) is not influenced by the cut-out hole. The experimental results were favorably compared to the numerical predictions .

Yarı kristal termoplastik olarak sınıflandırılan Ultra Yüksek Moleküler Ağırlıklı Polietilen (UHMWPE), yüksek özgül mukavemet, yüksek darbe direnci ve korozyona karşı yüksek direnç gibi birçok olağanüstü malzeme özelliği sunar; bu nedenle, UHMWPE'den yapılmış plakalar, otomotiv ve askeri gibi çok sayıda uygulama alanında yük taşıma bileşenleri olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu uygulamalarda, UHMWPE plakaları genellikle dinamik yüklere maruz kalır; bu nedenle, dinamik yükler altında gerçek çalışma koşullarını anlamak sağlam tasarım için çok önemlidir. Bu amaçla, delikli ve deliksiz UHMWPE dikdörtgen plakaların dinamik malzeme davranışı hakkında derinlemesine bilgi sağlayan ilk üç doğal frekans, karşılık gelen mod şekilleri ve sönüm oranları gibi çok önemli dinamik parametreler modal analizi ile belirlendi. Her iki dikdörtgen plakanın boyutları 150x100x4 mm iken, deliğin çapı 25 mm'dir. Ek olarak, modal analiz sırasında her iki plakaya bir tarafı sabitlenmiş sınır koşulları uygulandı. İlk üç doğal frekans ve karşılık gelen mod şekilleri, Abaqus yazılımında kullanılan Lancsoz özdeğer çözücüden her iki dikdörtgen plaka için çıkarıldı. Hem deneysel hem de sayısal sonuçlar, deliğin UHMWPE dikdörtgen plakada rijitlik azalmasına yol açtığını ve bunun da delik olmayan UHMWPE dikdörtgen plakanın doğal frekanslarına kıyasla daha düşük doğal frekanslarla yol açtığını ortaya koydu. Ayrıca, deliğin neden olduğu rijitlik azalması sonucunda, yarı güç bant genişliğine göre hesaplanan sönüm oranları, delikli dikdörtgen plaka için daha az bulundu. Bununla birlikte, yapısal şekil değişikliği (mod şekilleri) desenlerinin, kesme deliğinden etkilenmediği de ortaya çıktı. Deneysel sonuçlar, sayısal tahminlerle uyumluluğu karşılaştırıldı.