A Study of the Thermal Runaway Phase Generated During Cyclic Loading of Viscoelastic Materials Accounting for the Prestress

Abstract

The good damping performance and inherent stability of viscoelastic materials in relatively broad frequency bands, besides cost effectiveness, offers many possibilities for practical engineering applications. However, for viscoelastic dampers subjected to dynamic loadings superimposed on static preloads, especially when good isolation characteristics are required at high frequencies, traditional design guidelines can lead to poor designs due to the rapidly increasing rate of temperature change inside the material. This paper is devoted to the numerical and experimental investigation in the degradation of the stiffness and capacity of a viscoelastic material induced by the thermal runaway phase, when it is subjected to dynamic and static loads simultaneously. After the theoretical background, the obtained results in terms of the temperature evolutions at different points within the volume of the material and the hysteresis loops for various static preloads are compared and the main features of the proposed study are highlighted.

Caracterização numérica e avaliação experimental da fuga térmica em dispositivos amortecedores viscoelásticos sujeitos a carregamentos dinâmicos e pré-cargas estáticas

“…Além disso, em aplicações onde as solicitações dinâmicas são aplicadas simultaneamente a esforços estáticos, tais como em coxins de motores, como ilustrado na Fig. 1.4, e configurações com características de isolamento a altas frequências, os efeitos da pré-carga estática no autoaquecimento também devem ser levados em conta durante a modelagem numérica (RODOVALHO et al, 2016).…”

“…Neste caso, ocorre um rápido aumento da temperatura local com altas de geração de calor. Este fenômeno, denominado de fuga térmica (HAUSMAN, GERGELY, 1992;LESIEUTRE, GOVINDSWAMY, 1996;BRAECK, PODLADCHIKOV, 2007;BRAECK et al, 2009;RODOVALHO et al, 2016), pode afetar significativamente as propriedades de rigidez e de amortecimento dos dispositivos amortecedores viscoelásticos, podendo levar o sistema ao colapso, mesmo para um curto intervalo de tempo.…”

“…Vale salientar que será assumido que o coeficiente de Poisson é constante (independente da frequência e da temperatura) (ARAI et al, 2009;LEE, KIM, 2009;CAZENOVE et al, 2012;LIMA et al, 2013;LIMA et al, 2015;RODOVALHO, 2014;RODOVALHO et al, 2016).…”

“…Para uma resposta harmônica sobreposta a uma pré-carga estática, as componentes de deformação variam senoidalmente com o tempo e ε é escrito como (RODOVALHO et al, 2016):…”

“…Embora as condições térmicas tenham influência significativa sobre o acúmulo de calor na junta viscoelástica e, consequentemente, no fenômeno do autoaquecimento, a ocorrência da fuga térmica está mais ligada às condições operacionais, conforme Hausmann e Gergely (1992), Lesieutre e Govindswamy (1996) e Rodovalho et al (2016). Além disso, segundo Braeck et al (2009), a fase de fuga térmica é indicativa de um processo de deformação instável que depende da tensão cisalhante inicial, τ0, aplicada ao material viscoelástico.…”