بررسی جذب انرژی کامپوزیت گرمانرم PA/GF6 تولید شده به روش پرس گرم تحت آزمون ضربه سرعت پایین

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

2 استاد ، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

3 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

چکیده

ورق‌های کامپوزیتی گرمانرم به دلیل استحکام به وزن و ظرفیت جذب انرژی بالا، توجه روزافزونی را در صنایع مختلف به خود جلب کرده‌اند. در پژوهش پیش رو، رفتار ورق کامپوزیتی با زمینه گرمانرم پلی آمید6 و الیاف ممتد شیشه (PA6/GF) تحت آزمون نفوذ شبه استاتیک و سقوط وزنه بررسی شده است. از آنجایی که زمینه پلی آمید نسبت به اثرات نرخ کرنش حساسیت قابل توجهی دارد، خواص مکانیکی مورد نیاز در نرخ کرنش‌های مختلف توسط آزمون هاپکینسون استخراج شد. بر اساس این آزمایش، استحکام کامپوزیت مورد مطالعه در نرخ کرنش مشابه آزمون سقوط وزنه نسبت به نفوذ شبه استاتیک، 47 درصد رشد داشته است. در اثر برخورد پرتابه، مودهای خرابی شکستگی الیاف، جدایش الیاف از زمینه، ترک عمودی و افقی نسبت به جهت الیاف مشاهده شده است. همچنین شبیه سازی عددی با نرم افزار LS-DYNA انجام و اثرات نرخ کرنش استخراج شده از آزمون هاپکینسون در شبیه سازی عددی اعمال شد که دقت شبیه سازی را در محاسبه بیشینه نیرو به 9/6 درصد رساند. بر اساس نتایج شبیه سازی عددی، در ضخامت‌های کمتر از2/5 میلی‌متر مقادیر جذب انرژی به وزن ورق کامپوزیتی ثابت است؛ همچنین بیشینه جذب انرژی در کامپوزیت 4 لایه، مربوط به لایه چینی [02/902] با جذب 18 ژول انرژی بوده است.

کلیدواژه‌ها


[1] A. K. Sambale, M. Schöneich, and M. Stommel,(2017) "Influence of the processing parameters on the fiber-matrix-interphase in short glass fiber-reinforced thermoplastics," Polym, vol. 9, no. 6, p. 221.
[2] M. Karamooz, H. Rahmani, and H. Khosravi (2020) "An experimental and numerical study on the low-velocity impact behavior of polymer matrix Kevlar-Basalt hybrid composites," Iranian Journal of Manufacturing Engineering, vol. 7, no. 6, pp. 44-55.
[3] X. Xu, Z. Zhou, Y. Hei, B. Zhang, J. Bao, and X. Chen (2014) "Improving compression-after-impact performance of carbon–fiber composites by CNTs/thermoplastic hybrid film interlayer," Compos Sci Tech, vol. 95, pp. 75-81.
[4] W. J. Cantwell and J. Morton (1991) "The impact resistance of composite materials—a review," Compos, vol. 22, no. 5, pp. 347-362.
[5] N. Naik and S. Meduri (2001) "Polymer-matrix composites subjected to low-velocity impact: effect of laminate configuration," Compos Sci Tech, vol. 61, no. 10, pp. 1429-1436.
[6] Kabiri, Ali, Gholamhossein Liaghat, Fatemeh Alavi, Mehdi Ansari, and Seyyed Kaveh Hedayati (2021) "A comparative study of 3D printing and heat-compressing methods for manufacturing the thermoplastic composite bone fixation plate: Design, characterization, and in vitro biomechanical experimentation." Proc Inst Mech Eng H 235, no. 12: 1439-1452.
 [7] T. Bárány, A. Izer, and J. Karger-Kocsis (2009) "Impact resistance of all-polypropylene composites composed of alpha and beta modifications," Polym Test, vol. 28, no. 2, pp. 176-182.
[8] A. Massaq, A. Rusinek, M. Klosak, S. Bahi, and A. Arias (2019) "Strain rate effect on the mechanical behavior of polyamide composites under compression loading," Compos Struct, vol. 214, pp. 114-122,.
[9] Shanazari, H., G. H. Liaghat, H. Hadavinia, and A. Aboutorabi. (2017) "Analytical investigation of high-velocity impact on hybrid unidirectional/woven composite panels." J Thermoplast Compos Mater, no. 4 : 545-563.
[10] A. K. Bandaru, H. Chouhan, and N. Bhatnagar,  (2020) "High strain rate compression testing of intra-ply and inter-ply hybrid thermoplastic composites reinforced with Kevlar/basalt fibers," Polym Test, vol. 84, p. 106407.
[11] S. Wang, L. Wen, J. Xiao, M. Lei, and J. Liang,  (2020) "Influence of strain rate and temperature on mechanical properties of carbon woven-ply PPS thermoplastic laminates under dynamic compression," Polym Test, vol. 89, p. 106725.
[12] F. Henning, H. Ernst, and R. Brüssel (2005) "LFTs for automotive applications," Reinf. Plast, vol. 49, no. 2, pp. 24-33.
[13] H. Ning, S. Pillay, K. B. Thattaiparthasarathy, and U. K. Vaidya (2017) "Design and manufacturing of long fiber thermoplastic composite helmet insert," Compos. Struct , vol. 168, pp. 792-797.
[14] K. B. Thattaiparthasarathy, S. Pillay, H. Ning, and U. Vaidya (2008) "Process simulation, design and manufacturing of a long fiber thermoplastic composite for mass transit application," Compos. Part A Appl, vol. 39, no. 9, pp. 1512-1521.
[15] J. O. Hallquist (2006) "LS-DYNA theory manual," LSTC, vol. 3, pp. 25-3.
[16] S. Magistrali and M. Perillo (2006) "Calibration and experimental validation of ls-dyna composite material models by multi objective optimization techniques," in Proceedings of the 9th International LS-DYNA Conference, Dearborn (MI), USA.
[17] B. Yang, Z. Wang, L. Zhou, J. Zhang, and W. Liang (2015) "Experimental and numerical investigation of interply hybrid composites based on woven fabrics and PCBT resin subjected to low-velocity impact," Compos. Struct, vol. 132, pp. 464-476.
[18] V. Tita, J. De Carvalho, and D. Vandepitte (2008) "Failure analysis of low velocity impact on thin composite laminates: Experimental and numerical approaches," Compos. Struct, vol. 83, no. 4, pp. 413-428.
[19] H. Hsiao, I. Daniel, and R. Cordes (1999) "Strain rate effects on the transverse compressive and shear behavior of unidirectional composites," J. Compos. Mater., vol. 33, no. 17, pp. 1620-1642.
[20] Y. Duan, A. Saigal, R. Greif, and M. Zimmerman, (2001) "A uniform phenomenological constitutive model for glassy and semicrystalline polymers," Polym Eng Sci, vol. 41, no. 8, pp. 1322-1328.
[21] Z. Pan, R. Ma, D. Wang, and A. Chen (2018) "A review of lattice type model in fracture mechanics: theory, applications, and perspectives," Eng. Fract. Mech., vol. 190, pp. 382-409.
[22] Han, Xuecheng, Hongneng Cai, Jie Sun, Zhiyuan Wei, Yaping Huang, Lingqi Meng, and Ang Wang.  (2023) "Numerical investigation on behaviors of composite laminates with initial delamination defects under impact and compression after impact." Polym. Compos , no. 1: 413-431.
[23] Liu, Ankang, Yunlong Chen, Jiqiang Hu, Bing Wang, and Li Ma. (2022) "Low‐velocity impact damage and compression after impact behavior of CF/PEEK thermoplastic composite laminates." Polym. Compos, no. 11: 8136-8151.
[24]J. Wong, "Processing of high performance thermoplastic composites (2017) " ETH Zürich, Laboartory of Composite Materials and Adaptronic Structures,.
[25] F.-K. Chang and K.-Y. Chang (1987) "Post-failure analysis of bolted composite joints in tension or shear-out mode failure," J. Compos. Mater., vol. 21, no. 9, pp. 809-833.
[26] P. Feraboli, B. Wade, F. Deleo, M. Rassaian, M. Higgins, and A. Byar, (2011) "LS-DYNA MAT54 modeling of the axial crushing of a composite tape sinusoidal specimen," Compos. Part A Appl, vol. 42, no. 11, pp. 1809-1825.