Nachdem ich angefangen habe, die Analyse zu wiederholen, habe ich festgestellt, dass dies ein ziemlich komplizierter Prozess ist, und stattdessen werde ich skizzieren, was ich tun würde, um dies zu lösen, wenn ich mehr Zeit hätte.
Zunächst einige Annahmen, die ich treffen würde:
perfekt plastisches Verhalten des HDPE (dh die Spannungs-Dehnungs-Kurve ist nach dem Nachgeben flach)
Die thermische Konvektion von der ebenen Fläche ist irrelevant (obwohl sie für den Stift berücksichtigt wird).
Der Stift hat eine adiabatische Spitze
Das Metall hat eine konstante Temperatur
Der Stift durchbohrt die Oberfläche, wenn die Energie, die von einem zylindrischen Teil des Materials direkt darunter absorbiert wird, die Zähigkeit des Materials multipliziert mit dem Volumen des zylindrischen Teils des Materials überschreitet (ich kann dies auf Wunsch anders erklären.)
Der Kontaktwiderstand nimmt mit dem Schmelzen des HDPE ab (nicht sicher, wie)
Einige Materialeigenschaften können aus diesem Papier und andere aus diesem Datenblatt und diesem Buch stammen (diese Daten können für das von Ihnen verwendete HDPE gültig sein oder nicht).
Ich bin mir nicht sicher, welcher Wert des konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten für den Stift gültig ist, und müsste mehr darüber nachdenken.
Die Schmelzwärme stammt aus diesem Datenblatt
Mit all diesen Informationen können Sie einen 1D-Wärmeübertragungslöser für das Stefan-Problem schreiben , um die Temperatur und Dicke der festen Haut zu berechnen. Von dort aus können Sie die Temperatur der Haut verwenden, um die Fließspannung zu ermitteln. Mein einfaches Modell schlägt vor, dass .F=σyAcontact
Alte Antwort:
Die Antwort ist wahrscheinlich null Kraft oder nahezu Null, da die Schmelztemperatur von HDPE etwa 266 F beträgt ( hier wird bei 279 F etwas höher berichtet ), sodass das HDPE wahrscheinlich bereits bei der angegebenen Temperatur geschmolzen ist. Sie treffen die geschmolzene Schicht sofort beim Berühren der Oberfläche (zumindest wenn die Temperatur gleichmäßig genug ist).
Wenn der Temperaturbereich falsch ist, kann ich eine Schätzung erstellen, bei der angenommen wird, dass HDPE ein perfekt plastisches Material ist, der Impaktor flach ist und einige andere Dinge, und dann meine Antwort ändern. Lassen Sie mich wissen, wenn Sie das möchten.
Wenn Sie eine Schätzung der Kraft wünschen, die erforderlich ist, um das Medium weiter zu durchdringen, kann ich ein altes Terminal-Ballistikbuch finden, das einige Modelle für solche Dinge enthält, aber ich weiß nicht, wie genau sie sind.