بررسی تجربی صفحات کامپوزیتی هیبرید شیشه/کناف تحت بارگذاری ضربه سرعت پایین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران.

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ولایت، ایرانشهر، ایران.

چکیده

امروزه، کاربرد مواد کامپوزیتی به طور وسیعی گسترش یافته است. قطعات کامپوزیتی تحت بارهای ضربه ای، همراه با نرخهای مختلف بارگذاری قرار دارند و لذا باید استحکام کافی درمقابل این گونه بارگذاریها را داشته باشند. در این مقاله رفتار کامپوزیت هیبریدی با لایه های الیاف شیشه و کناف تحت بارگزاری ضربهای نفوذی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. تاثیر تعداد لایهها بر میزان جذب انرژی، نیروی بیشینه اولیه و همچنین ناحیه تخریب بحث شده است. در ادامه نتایج آزمونهای تجربی با روش عددی توسط نرم افزار اباکوس مورد مقایسه قرار گرفته که نتایج نشان از تطابق خوب دو روش با یکدیگر دارند. در پایان تاثیر چیدمان لایه ها و ترتیب قرارگیری الیاف شیشه و کناف بر جذب انرژی و نیروی نفوذی بررسی شده است. نتایج نشان داد افزایش تعداد لایه ها از 5 تا 13 لایه میزان استحکام و مقاومت اولیه را تا 85 درصد افزایش میدهد. همچنین با مطالعه میزان جذب انرژی ویژه (SEA)، مشخص شد افزایش تعداد لایه ها در نقطه ای بهینه باعث افزایش SEA میشود به طوریکه افزایش تعداد لایه ها از 5 به 9 لایه باعث کاهش 3 درصدی میشود و در ادامه با افزایش تعداد لایه ها تا 13 لایه SEA را 26 درصد افزایش میدهد. مشاهده شد با آرایش مناسب لایه های الیاف شیشه و کناف جذب انرژی 51 درصد بهبود پیدا کرد. در پایان مطالعه سطح شکست کامپوزیت ها نشان داد مکانیزم اصلی جذب انرژی در سطح پشتی صفحات کامپوزیتی جدایش لایه ها به همراه شکست ماتریس و پارگی الیاف میباشد.

کلیدواژه‌ها


[1]      R. Nadlene, S. M. Sapuan, M. Jawaid, M. R. Ishak, and L. Yusriah, “A Review on Roselle Fiber and Its Composites,” J. Nat. Fibers, vol. 13, no. 1, pp. 10–41, Jan. 2016, doi: 10.1080/15440478.2014.984052.
[2]      A. Chauhan and P. Chauhan, “Natural Fibers Reinforced Advanced Materials,” J. Chem. Eng. Process Technol., vol. s6, 2013, doi: 10.4172/2157-7048.S6-003.
[3]      N. H. Mostafa, Z. Ismarrubie, S. Sapuan, and M. Sultan, “The influence of equi-biaxially fabric prestressing on the flexural performance of woven E-glass/polyester-reinforced composites,” J. Compos. Mater., vol. 50, no. 24, pp. 3385–3393, Oct. 2016, doi: 10.1177/0021998315620478.
[4]      P. Vimalanathan, N. Venkateshwaran, and V. Santhanam, “Mechanical, dynamic mechanical, and thermal analysis of Shorea robusta -dispersed polyester composite,” Int. J. Polym. Anal. Charact., vol. 21, no. 4, pp. 314–326, May 2016, doi: 10.1080/1023666X.2016.1155818.
[5]      M. F. Ismail, M. T. H. Sultan, A. Hamdan, and A. U. Md Shah, “A Study on the Low Velocity Impact Response of Hybrid Kenaf-Kevlar Composite Laminates through Drop Test Rig Technique,” BioResources, vol. 13, no. 2, Mar. 2018, doi: 10.15376/biores.13.2.3045-3060.
[6]      J. I. Mwasiagi et al., “Characterization of the Kenyan Hibiscus,” Fibres Text. East. Eur., vol. 3, no. 105, pp. 31–34, 2014.
[7]      A. Hamdan, F. Mustapha, K. A. Ahmad, A. S. Mohd Rafie, M. R. Ishak, and A. E. Ismail, “The Effect of Customized Woven and Stacked Layer Orientation on Tensile and Flexural Properties of Woven Kenaf Fibre Reinforced Epoxy Composites,” Int. J. Polym. Sci., vol. 2016, pp. 1–11, 2016, doi: 10.1155/2016/6514041.
[8]      M. M. Davoodi, S. M. Sapuan, D. Ahmad, A. Ali, A. Khalina, and M. Jonoobi, “Mechanical properties of hybrid kenaf/glass reinforced epoxy composite for passenger car bumper beam,” Mater. Des., vol. 31, no. 10, pp. 4927–4932, Dec. 2010, doi: 10.1016/j.matdes.2010.05.021.
[9]      F. T. Wallenberger and P. A. Bingham, Eds., Fiberglass and Glass Technology. Boston, MA: Springer US, 2010.
[10]    M. J. Sharba, Z. Leman, M. T. H. Sultan, M. R. Ishak, and M. A. A. Hanim, “Tensile and Compressive Properties of Woven Kenaf/Glass Sandwich Hybrid Composites,” Int. J. Polym. Sci., vol. 2016, pp. 1–6, 2016, doi: 10.1155/2016/1235048.
[11]    A. U. Md Shah, M. T. H. Sultan, M. Jawaid, F. Cardona, and A. R. Abu Talib, “A Review on the Tensile Properties of Bamboo Fiber Reinforced Polymer Composites,” BioResources, vol. 11, no. 4, pp. 10654–10676, Sep. 2016, doi: 10.15376/biores.11.4.Shah.
[12]    Y. N. Shah AUM, Sultan MTH, Cardona F, Jawaid M, Talib ARA, “Thermal analysis of bamboo fibre and itscomposites,” BioRes, vol. 12, no. 2, pp. 2394–2406, 2017.
[13]    S. S. Suhaily, H. P. S. A. Khalil, W. O. W. Nadirah, and M. Jawaid, “Bamboo Based Biocomposites Material , Design and Applications,” Mater Sci, vol. 549, 2013, doi:http://dx.doi.org/10.5772/56700
[14]    G. Z., “Analysis of glass fiber mat structures and theirimpact on the resin absorption process and on thecharacteristics of composites,” in Budapest University of Technology and Economics, 2010.
[15]    C. FC., Structural composite materials. ASM Int US, 2010.
[16]    Y. B. Shalwan A, “In state of art: mechanical andtribological behaviour of polymeric composites based on natural fibres,” Mater. Des., vol. 48, pp. 4–24, 2013, doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2012.07.014.
[17]    M. F. Ismail, M. T. H. Sultan, A. Hamdan, A. U. M. Shah, and M. Jawaid, “Low velocity impact behaviour and post-impact characteristics of kenaf / glass hybrid composites with various weight ratios,” Integr. Med. Res., vol. 8, no. 3, pp. 2662–2673, 2019, doi: 10.1016/j.jmrt.2019.04.005.
[18]    S. Zike, K. Kalnins, O. Ozolins, and M. Knite, “An Experimental and Numerical Study of Low Velocity Impact of Unsaturated Polyester / Glass Fibre Composite,” vol. 17, no. 4, 2011.
[19]    R. B. Yusoff, H. Takagi, and A. N. Nakagaito, “Tensile and flexural properties of polylactic acid-based hybrid green composites reinforced by kenaf, bamboo and coir fibers,” Ind. Crops Prod., 2016, doi: 10.1016/j.indcrop.2016.09.017.
[20]    R. Yahaya, S. M. Sapuan, M. Jawaid, Z. Leman and E. S. Zainudin, “Effect of layering sequence and chemical treatment on the mechanical properties of woven kenaf – aramid hybrid laminated composites,” J. Mater., vol. 67, pp. 173-179, 2015, doi: 10.1016/j.matdes.2014.11.024.
[21]    R. Yahaya, S. M. Sapuan, M. Jawaid, Z. Leman, and E. S. Zainudin, “Measurement of ballistic impact properties of woven kenaf-aramid hybrid composites,” MEASUREMENT, 2015, doi: 10.1016/j.measurement.2015.09.016.
[22]    E. Randjbaran, R. Zahari, N. Aswan, A. Jalil, D. Laila, and A. Abdul, “Hybrid Composite Laminates Reinforced with Kevlar / Carbon / Glass Woven Fabrics for Ballistic Impact Testing,” vol. 2014, 2014, doi: 10.1155/2014/413753.
[23]    C. Graciano, G. Martínez, and D. Smith, “Experimental investigation on the axial collapse of expanded metal tubes,” Thin-Walled Struct., vol. 47, no. 8–9, pp. 953–961, 2009, doi: 10.1016/j.tws.2009.02.002.
[24]    Z. Asaee and F. Taheri, “Enhancement of performance of three-dimensional fiber metal laminates under low velocity impact – A coupled numerical and experimental investigation,” J. Sandw. Struct. Mater., vol. 21, no. 6, pp. 2127–2153, Sep. 2019, doi: 10.1177/1099636217740389.
[25]    N. Sapiai, A. Jumahat, and R. N. Hakim, “Tensile and compressive properties of hybrid carbon fiber/ kenaf polymer composite,” Adv. Environ. Biol., vol. 8, no. 8 SPEC. ISSUE 3, pp. 2655–2661, 2014.
[26]    A. K. Barouni and H. N. Dhakal, “Damage investigation and assessment due to low-velocity impact on flax/glass hybrid composite plates,” Compos. Struct., vol. 226, no. July, p. 111224, 2019, doi: 10.1016/j.compstruct.2019.111224.