A new method for searching rectilinear section in an experimental stress–strain diagram | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2024. № 91. DOI: 10.17223/19988621/91/8

A new method for searching rectilinear section in an experimental stress–strain diagram

Polyethylene terephthalate glycol (PETG) is characterized by a double refraction effect which is used when modeling the stress states of building structures. This paper aims to study the mechanical properties of PETG due to the need for practical approval of the modeling results. Experiments show that, for most plastics, the initial region of the stress-strain diagram significantly deviates from a straight line. However, an extended interval can be distinguished in this region, where the diagram is well approximated by a linear function. If the deviations of the diagram from the straight line are random, it is possible to test the statistical hypothesis of their correspondence. Only diagrams with valid hypothesis are applied in this study. Twelve PETG samples have been tested using the fused deposition modeling (FDM) method. For the five diagrams, the hypothesis of the presence of the linear region in interval ε ∊ [0.0075; 0.0275] is confirmed at a deviation significance level of 1%. The Young's modulus determined using the diagrams is 2.044 ±00470.027 x 109 Pa. This value falls within interval 2.01 x 109 ÷ 2.11 x 109 Pa presented on Wikipedia. The obtained yield strength is 49.71 ± 1.81 MPa, which is consistent with the results reported in the literature and reference data.

Download file

Counter downloads: 3

Keywords

statistical hypothesis testing, Pearson criterion, stress-strain diagram, Young modulus

Authors

Name	Organization	E-mail
Likhachev Aleksey V.	Institute of Automation and Electrometry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences	ipm1@iae.nsk.su
Tabanyukhova Marina V.	Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin)	m.tabanyukhova@sibstrin.ru

Всего: 2

References

Mraz S.J. Taking advantage of medical plastics // Machine Design. 1994. V. 66 (17). P. 42-44.

King R.H. Plastics infiltrate medical-device redesign // Design News. 1996. V. 51 (1). P. 70-74.

Huang T.C., Lin C.Y. From 3D modeling to 3D printing: development of a differentiated spatial ability teaching model // Telematics and Informatics. 2017. V. 34 (2). P. 604-613.

Wang H., Zhang W., Yang J.K.W. Toward near-perfect diffractive optical elements via nanoscale 3D printing // ACS Nano. 2020. V. 14 (8). P. 10452-10461.

Lee A.Y., Zhou A., An J., Zhang Y., Chua C.K. Contactless reversible 4D-printing for 3D-to-3D shape morphing // Virtual and Physical Prototyping. 2020. V. 15 (4). P. 481-495.

Laurikaitiene J., Puiso J., Jaselske E. Investigation of X-ray attenuation properties in 3D printing materials used for development of head and neck phantom // Recent Advances in Technology Research and Education. Springer, 2019. P. 137-143.

Singh G., Saini A. Application of 3D printing technology in the development of biomedical implants: A review // Trends in Biomaterials and Artificial Organs. 2021. V. 35 (1). P. 95-103.

Alagoz A.S., Hasirci V. 3D printing of polymeric tissue engineering scaffolds using open-source fused deposition modeling // Emergent Materials. 2019. V. 3 (2). P. 429-439.

Drees C., Having S., Vautz W., Franzke J., Brandt S. 3D-printing of a complete modular ion mobility spectrometer // Materials Today. 2021. V. 44 (4). P. 58-68. 10.1016/j.mattod. 2020.10.033.

Fukuda S., Karasaki T., Shiosaki T., Kawabata A. Phoyoelasticity and acousto-optic diffraction in piezoelectric semiconductors // Physical Review B: Condensed Matter. 1979. V. 20 (10). P. 4109-4119.

Ainola L., Aben H. Alternative equations of magnetophotoelasticity and approximate solution of the inverse problem // Journal of the Optical Society of America A: Optics, Image Science, and Vision. 2002. V. 19 (9). P. 1886-1893.

Кочина М.Л., Демин Ю.А., Каплин И.В., Ковтун Н.М. Модель напряженно-деформированного состояния роговицы глаза // Восточно-европейский научный журнал. 2017. № 2-2. С. 62-67.

Демидова И.И. Фотоупругость и стоматология // Российский журнал биомеханики. 1999. № 2. С. 26-27.

Котенко М.В., Раздорский В.В., Лелявин А.Б. Поляризационно-оптический метод в исследовании напряженно-деформированного состояния моделей с дентальными имплантатами из нитинола // Сибирский медицинский журнал. 2018. № 8. С. 34-38.

Matsushima M., Tercero C., Ikeda S., Fukuda T., Negoro M. Three-dimensional visualization of photoelastic stress analysis for catheter insertion robot // Proceedings of 23rd IEEE/RSJ 2010 International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2010. Taipei, 2010. P. 879-884.

Matsushima M., Tercero C., Ikeda S., Fukuda T., Arai F., Negoro M., Takahashi I. Photoelastic stress analysis in blood vessel phantoms: three-dimensional visualization and saccular aneurysm with bleb // International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery. 2011. V. 7 (1). P. 33-41.

Паулиш А.Г., Сидоров В.И., Федоринин В.Н., Шатов В.А. Пьезооптический датчик деформации и метод контроля параметров движения подъемных механизмов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2018. № 6. С. 530-538.

Xi X., Wong G.K.L., Weiss T., Russell P.S.J. Measuring mechanical strain and twist using helical photonic crystal fiber // Optics Letters. 2013. V. 38 (24). P. 5401-5404.

Волков И.В. Внестендовая спекл-голография. Использование голографической и спекл-интерферометрии при измерении деформаций натурных конструкций // Компьютерная оптика. 2010. № 1. С. 82-89.

Feng W., Laishou L., Junhua Z., Chun Y., Yue W. Research on the effect of bedrock upon the stress of a gravity dam bulk by the photoelastic method // Journal of Materials Processing Technology. 2002. V. 123 (2). P. 236-240.

Морозова Д.В., Серова Е.А. Исследование влияния конструктивного решения узлов металлических конструкций при вариантном проектировании // Экология и строительство. 2015. № 2. С. 4-8.

Попова М.В., Шохин П.Б., Глебова Т.О., Шабардина Н.Д. Особенности инженерного расчета деревокомпозитных конструкций // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2018. № 8, С. 36-43. 10.12737/ article_5b6d5846d16d19.35588118.

Zerkal S.M., Kharinova N. V., Tabanyukhova M. V. Investigation of stress state in plane truss nodes // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. XIII International Scientific Conference Architecture and Construction 2020. Bristol: IOP Publishing Ltd., 2020. Art. 012008.

Албаут Г.Н., Матус Е.П., Табанюхова М.В. Исследование напряженного состояния дисперсно-армированных балок с привлечением метода фотоупругости_// Деформация и разрушение материалов. 2009. № 4. С. 46-48.

Ахметзянов Ф.Х. Влияние поверхности бетонных и железобетонных элементов на повреждаемость (часть 2) // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2010. № 1. С. 96-101.

Маковецкая-Абрамова О.В., Хлопова А.В., Маковецкий В.А. Исследование концентрации напряжений при сварке трубопроводов // Технико-технологические проблемы сервиса. 2014. № 2. С. 25-27.

Aseyev M.A., Tabanyukhov K.A., Tabanyukhova M.V. Search for plastics with piezo optic properties // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. The conference proceedings ICCATS-2020. IOP Publishing Ltd, 2020. Art. 022074.

Лихачев А.В., Табанюхова М.В. Оценка расстояния от заданной точки до максимума интерференционной полосы // Автометрия. 2021. Т. 57, № 3. С. 30-38. 10.15372/ AUT20210304.

Лихачев А.В., Табанюхова М.В. Новый алгоритм обработки данных метода фотоупругости // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2022. № 79. С. 100-110.

Subramaniam C.K., Kaiser A.B., Gilberd P.W., Liu C.J, Wessling B. Conductivity and thermopower of blends of polyaniline with insulation polymers (PETG and PMMA) // Solid State Communications 1996. V. 97 (3). P. 235-238.

Hwang S.H., Jeong K.S., Jung J.C. Thermal and mechanical properties of amorphous copolyester (PETG)/LCP blends // European Polymer Journal. 1999. V. 35 (8). P. 1439-1443.

Dupaix R.B., Boyce M.C. Finite strain behavior of poly(ethylene terephthalate) (PET) and poly(ethylene terephthalate)-glycol (PETG) // Polymer. 2005. V. 46 (13). P. 4827-4838.

Mercado-Colmenero J.M., Mata-Garcia E., Rodriguez-Santiago M., Martin-Doñate C., Dolores La Rubia M. Experimental and numerical analysis for the mechanical characterization of PETG polymers manufactured with FDM technology under pure uniaxial compression stress states for architectural applications // Polymers. 2020. V. 12 (10). Art. 2202.

Пугачев В.С. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Наука, 1979.

Wickramasinghe S., Tran P., Do T. FDM-based 3D printing of polymer and associated composite: A review on mechanical properties, defects and treatments. // Polymers. 2020. V. 12 (7). Art. 1529.

Полиэтилентерефталат-гликоль (ПЭТГ) - пластик // Википедия: свободная энциклопедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wikiПолиэтилентерефталат-гликоль_(ПЭТГ)_-_пластик.

ГОСТ 4651-2014. Пластмассы. Метод испытания на сжатие. Изм. 1. Взамен ГОСТ 4651-82; введен 29.05.2014. М.: Стандартинформ, 2014.