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Unraveling Non-Uniform Strain-Induced Crystallization Near a Crack Tip in Natural Rubber
Advanced Science ( IF 14.3 ) Pub Date : 2024-01-16 , DOI: 10.1002/advs.202307741 Thanh-Tam Mai 1 , Tomohiro Yasui 2 , Ruito Tanaka 2 , Hiroyasu Masunaga 3 , Taizo Kabe 3 , Katsuhiko Tsunoda 4 , Shinichi Sakurai 2 , Kenji Urayama 1
Advanced Science ( IF 14.3 ) Pub Date : 2024-01-16 , DOI: 10.1002/advs.202307741 Thanh-Tam Mai 1 , Tomohiro Yasui 2 , Ruito Tanaka 2 , Hiroyasu Masunaga 3 , Taizo Kabe 3 , Katsuhiko Tsunoda 4 , Shinichi Sakurai 2 , Kenji Urayama 1
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Strain-induced crystallization (SIC) in natural rubber (NR) near crack tips significantly enhances crack growth resistance, but understanding the interplay between local strain field and crystallization remains challenging due to confined and heterogeneous characteristics. Using micro-scale digital image correlation (DIC) and scanning wide-angle X-ray diffraction (WAXD, with a narrow 10 µm square beam), this study maps local strain tensor properties and SIC in the vicinity of the crack tip and its peripheral zone (≈3 mm × 1 mm area). The analysis reveals a significant correlation between these properties. In the peripheral zone, there is a noticeable deviation of both the principal strain axis and the crystal orientation from the crack opening direction. These deviations are linearly correlated, which indicates that shear strain plays a significant role in determining the crystal orientation. Crucially, the maximum tensile component in the tensor of local principal strains predominantly dictates local crystallinity. This simplicity is attributed to the limited variation in types of deformation within the SIC region, with corresponding to deformations falling between planar and uniaxial stretching. These findings pave the way for predicting crystallinity distribution using solely strain field data, offering valuable insights into the role of SIC in enhancing the crack growth resistance of NR.
中文翻译：
解开天然橡胶裂纹尖端附近的不均匀应变诱导结晶
天然橡胶 (NR) 裂纹尖端附近的应变诱导结晶 (SIC) 显着增强了抗裂纹扩展能力，但由于受限和异质特性，理解局部应变场和结晶之间的相互作用仍然具有挑战性。这项研究利用微尺度数字图像相关 (DIC) 和扫描广角 X 射线衍射（WAXD，具有窄 10 µm 方形光束），绘制了裂纹尖端及其周边附近的局部应变张量特性和 SIC区域（约 3 mm × 1 mm 面积）。分析揭示了这些属性之间的显着相关性。在外围区域，主应变轴和晶体取向均与裂纹张开方向存在明显偏差。这些偏差是线性相关的，这表明剪切应变在确定晶体取向方面起着重要作用。至关重要的是，局部主应变张量中的最大拉伸分量主要决定局部结晶度。这种简单性归因于 SIC 区域内变形类型的有限变化，对应于平面拉伸和单轴拉伸之间的变形。这些发现为仅使用应变场数据预测结晶度分布铺平了道路，为了解 SIC 在增强 NR 裂纹扩展阻力方面的作用提供了宝贵的见解。
更新日期：2024-01-16
中文翻译：
解开天然橡胶裂纹尖端附近的不均匀应变诱导结晶
天然橡胶 (NR) 裂纹尖端附近的应变诱导结晶 (SIC) 显着增强了抗裂纹扩展能力，但由于受限和异质特性，理解局部应变场和结晶之间的相互作用仍然具有挑战性。这项研究利用微尺度数字图像相关 (DIC) 和扫描广角 X 射线衍射（WAXD，具有窄 10 µm 方形光束），绘制了裂纹尖端及其周边附近的局部应变张量特性和 SIC区域（约 3 mm × 1 mm 面积）。分析揭示了这些属性之间的显着相关性。在外围区域，主应变轴和晶体取向均与裂纹张开方向存在明显偏差。这些偏差是线性相关的，这表明剪切应变在确定晶体取向方面起着重要作用。至关重要的是，局部主应变张量中的最大拉伸分量主要决定局部结晶度。这种简单性归因于 SIC 区域内变形类型的有限变化，对应于平面拉伸和单轴拉伸之间的变形。这些发现为仅使用应变场数据预测结晶度分布铺平了道路，为了解 SIC 在增强 NR 裂纹扩展阻力方面的作用提供了宝贵的见解。
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