Как рассчитать силу, необходимую для прокалывания HDPE?

У меня есть лист HDPE в . Я хочу проткнуть кожу этого листа -высокой булавкой с площадью поверхности . Штифт также изготовлен из HDPE и полностью охлажден. С модулем Юнга HDPE, равным , сколько сил мне нужно приложить, чтобы охлажденный штифт HDPE достиг расплавленного слоя листа HDPE при ? $2\text{ mm}$$280-320^{\circ}\text{ F}$$2\text{ mm}$$3.33\text{ mm}^2$$0.8\text{ GPa}$$280-320\text{ F}$

ОБНОВЛЕНИЕ: мне сказали, что булавка, как предполагается, полностью приваривается к слою HDPE. Исходя из температуры плавления HDPE и начальной температуры штифта, я просто не думаю, что это возможно за 2 минуты до закалки материала. Я пытался выяснить скорость теплопередачи, но не могу найти коэффициент теплопроводности контакта или сопротивление теплового контакта. Поиск в Интернете включил инструмент "CoCoE.exe", но у меня возникли проблемы с запуском программы на моем компьютере.

Начав повторять анализ, я понял, что это довольно сложный процесс, и вместо этого я опишу, что бы я сделал, чтобы решить эту проблему, если бы у меня было больше времени.

Сначала сделаю несколько предположений:

• идеально пластичное поведение ПЭВП (т. е. кривая напряжения-деформации плоская после растяжения)

• тепловая конвекция с плоской поверхности не имеет значения (хотя она учитывается для штифта)

• штифт имеет адиабатический наконечник

• металл находится при постоянной температуре

• штифт прокалывает поверхность, когда энергия, поглощаемая цилиндрической частью материала непосредственно под ним, превышает ударную вязкость материала, умноженную на объем цилиндрической части материала (при желании я могу объяснить это по-другому).

• контактное сопротивление уменьшается при плавлении ПЭВП (не знаю как)

• некоторые свойства материала могут быть получены из этого документа, а другие из этого листа данных и этой книги (эти данные могут быть или не быть действительными для имеющегося у вас HDPE)

• Я не уверен, какое значение коэффициента конвективного теплообмена для штифта является действительным, и мне пришлось бы больше думать об этом.

• тепло плавления исходит из этого паспорта

$F = \sigma_\text{y} A_\text{contact}$

Старый ответ:

Ответ, скорее всего, нулевой силы или почти так, потому что температура плавления HDPE составляет около 266 F ( здесь сообщается немного выше, на 279 F ), поэтому HDPE, вероятно, уже расплавился при указанной температуре. Вы встретите расплавленный слой сразу после прикосновения к поверхности (по крайней мере, если температура достаточно равномерна).

Если температурный диапазон неправильный, я думаю, что могу разработать оценку, исходя из предположения, что ПЭВП является абсолютно пластичным материалом, что ударник плоский, и некоторых других вещей, а затем изменить свой ответ. Дайте мне знать, если вам это нравится.

Кроме того, если вы хотите оценить силу, необходимую для продолжения проникновения в среду, я могу найти старую книгу о баллистических терминалах, которую я прочитал, в которой есть несколько моделей для таких вещей, но я не знаю, насколько они точны.