بررسی تجربی و عددی تأثیر جنس، قطر و تعداد تقویت‌کننده سیم فلزی به‌عنوان تقویت‌کننده در هسته‌های فومی پنل‌های ساندویچی بر استحکام خمشی

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

2 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر ، تهران، ایران

3 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر ، تهران، ایران

10.22044/jsfm.2023.13224.3750

چکیده

در پژوهش حاضر به بررسی امکان‌سنجی تأثیر پارامترهای سیم‌های مختلف فلزی به‌عنوان تقویت‌کننده در هسته‌های فومی ساندویچ پانل‌ها، جهت بهبود خواص خمشی پرداخته‌شده است. در این راستا سه پارامتر تعداد سیم‌ها (در مقیاس 1، 2و 3 عدد سیم)، جنس سیم (آلومینیومی، آهنی و فولادی) و قطر آن‌ها (75/0، 1 و 5/1 میلی‌متر) به‌عنوان پارامتر تأثیرگذار ورودی و استحکام خمشی، مدول و استحکام به وزن سازه به‌عنوان پارامترهای خروجی طراحی آزمایش انتخاب‌شده‌اند. به‌منظور ارزیابی پارامترها پس از صحه‌گذاری بر مدل عددی با استفاده از نمونه اولیه‌ی ساخته‌شده، اقدام به طراحی آزمایش توسط نرم‌افزار مینی تب (روش تاگوچی) و انجام شبیه‌سازی آزمون‌های پیشنهادی توسط نرم‌افزار آباکوس شده است. درنهایت پس از واردکردن اطلاعات به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی در نرم‌افزار مینی تب، نمونه بهینه یابی شده انتخاب، ساخته و با نمونه تولیدشده‌ی بدون تقویت‌کننده سیمی مقایسه شده است. نتایج نشان داد که نمونه بهینه با اولویت استحکام به وزن شامل سه عدد سیم در هر طرف، جنس سیم فولادی و قطر یک میلی‌متر می‌باشد. همچنین با افزایش تعداد و قطر سیم‌ها استحکام بالاتر رفته اما در بررسی استحکام به وزن نمونه ‌این رابطه همیشه صحیح نیست. افزایش خواص سیم مورد استفاده باعث افزایش استحکام کلی پانل ساندویچی می‌شود. در نهایت نتایج نشان داد استحکام خمشی ساندویچ پانل تقویت‌شده با سه عدد سیم فولادی حدود 43 درصد، مدول خمشی حدود 80 درصد، استحکام خمشی ویژه به مقدار 21 درصد و مدول خمشی ویژه 54 درصد افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Kausar, A., Ahmad, I., Rakha, S. A., Eisa, M. H., & Diallo, A. (2023). State-Of-The-Art of Sandwich Composite Structures: Manufacturing—to—High Performance Appl.. J. of Compo. Sci., 7(3), 102.
[2] Beral, B. (2007). Airbus structure and technology–next steps and vision. In Proceedings of 16th international conference on composite materials. Kyoto.
[3] Sharma, S. C., Murthy, H. N., & Krishna, M. (2004). Interfacial studies in fatigue behavior of polyurethane sandwich structures. J. Reinfo. plas. compo., 23(8), 893-903.
[4] Mesto, T., Sleiman, M., Khalil, K., Alfayad, S., & Jacquemin, F. (2023). Analyzing sandwich panel with new proposed core for bending and compression resistance. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: J. Mater. Des. Applic., 237(2), 367-378.
[5] Norouzi, H., & Mahmoodi, M. (2022). Experimental and optimization study of compression behavior of sandwich panels with new symmetric lattice cores. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: J. Mater.: Des. Applic., 236(3), 548-566.
[6] Tekalur, S. A., Bogdanovich, A. E., & Shukla, A. (2009). Shock loading response of sandwich panels with 3-D woven E-glass composite skins and stitched foam core. Composites Science and Technology, 69(6), 736-753.
[7] Santhanakrishnan, R., Samlal, S., Joseph Stanley, A., & Jayalatha, J. (2018). Impact study on sandwich panels with and without stitching. Advanced Composite Materials, 27(2), 163-182.
[8] Ramakrishnan, K. R., Guérard, S., Zhang, Z., Shankar, K., & Viot, P. (2021). Numerical modelling of foam-core sandwich panels with nano-reinforced composite facesheets. J. Sandwich Struct. Mater., 23(4), 1166-1191.
[9] Javid, M., & Biglari, H. (2020). A multi-scale finite element approach to mechanical performance of polyurethane/CNT nanocomposite foam. Materials Today Communications, 24, 101081.
[10] Ghalami-Choobar, M., & Sadighi, M. (2014). Investigation of high velocity impact of cylindrical projectile on sandwich panels with fiber–metal laminates skins and polyurethane core. Aerospace Science and Technology, 32(1), 142-152.
[11Davar, A., Azarafza, R., & Faraji Shoaa, J. (2020). Experimental and numerical analysis of low-velocity impact on composite sandwich panels with grid stiffened core. J. Sci. Tech. Compo., 6(4), 615-626.
[12] Wang, C., Ramakrishnan, K. R., Shankar, K., Morozov, E., Wang, H., & Fien, A. (2021). Homogenized shell element-based modeling of low-velocity impact response of stainless-steel wire mesh. Mechanics of Advanced Materials and Structures, 28(18), 1932-1947.
[13] Wan, Y., Diao, C., Yang, B., Zhang, L., & Chen, S. (2018). GF/epoxy laminates embedded with wire nets: A way to improve the low-velocity impact resistance and energy absorption ability. Composite Structures, 202, 818-835.
[14] Mohammadkhani, P., Jalali, S. S., & Safarabadi, M. (2021). Experimental and numerical investigation of Low-Velocity impact on steel wire reinforced foam Core/Composite skin sandwich panels. Composite Structures, 256, 112992.
[15] Formisano, A., Viscusi, A., Durante, M., Carrino, L., De Fazio, D., & Langella, A. (2020). Experimental investigations on bending collapse modes of innovative sandwich panels with metallic foam core. Procedia Manufacturing, 47, 749-755.
[16] Najafi, M., & Eslami-Farsani, R. (2020). Introducing novel sandwich panels based on of cork/polyurethane foam hybrid core and composite grid structure for marine applications. J. Sci. Tech. Compo., 7(3), 1064-1075.
[17] George, T., Deshpande, V. S., Sharp, K., & Wadley, H. N. (2014). Hybrid core carbon fiber composite sandwich panels: Fabrication and mechanical response. Composite structures, 108, 696-710.
[18] Uzay, Ç., & Geren, N. (2020). Effect of stainless-steel wire mesh embedded into fibre-reinforced polymer facings on flexural characteristics of sandwich structures. J. Reinfo. Plast. Compo., 39(15-16), 613-633.
[19] Maher, R., Khalili, S. M. R. K., & Eslami-Farsani, R. (2021). The effect of Shape memory wire on the ballistic behavior of smart corrugated core sandwich panels. J. Sci. Tech. Compos., 8(2), 1612-1627.
[20] Durante, M., Boccarusso, L., Carrino, L., Formisano, A., & Viscusi, A. (2022). Mechanical Behavior of Innovative Reinforced Aluminum Foam Panels. Key Engineering Materials, 926, 1713-1718.
[21] Ji, G., Ouyang, Z., & Li, G. (2013). Debonding and impact tolerant sandwich panel with hybrid foam core. Composite structures, 103, 143-150.
 
[22] Ramakrishnan, K. R., Shankar, K., Viot, P., & Guerard, S. (2012). A comparative study of the impact properties of sandwich materials with different cores. In EPJ Web of Conferences (Vol. 26, p. 01031).
[23] Lee, J., & Lee, S. H. (2004). Flexural–torsional behavior of thin-walled composite beams. Thin-walled structures, 42(9), 1293-1305.
[24] Petras, A., & Sutcliffe, M. P. F. (1999). Failure mode maps for honeycomb sandwich panels. Composite structures, 44(4), 237-252.
[25] Hamzeloo, S. R., Refahi Oskouei, A., & Zakizadeh, A. M. (2020). Applying acoustic emission to investigate failure mechanisms on bending of polymer-based composite sandwich panels. J. Sci. Tech. Compos., 7(3), 1029-1039.
[26] Carlsson, L. A., Kardomateas, G. A., Carlsson, L. A., & Kardomateas, G. A. (2011). Analysis of debond fracture specimens. Structural and Failure Mechanics of Sandwich Composites, 263-293.
[27] ASTM Standard C393, (2000), Standard Test Method for Flexural Properties of Sandwich Constructions, ASTM International, West Conshohocken, PA, USA, 2000.