بررسی تجربی حد بالستیک و جذب انرژی در کامپوزیت‌های هیبرید‌ی تشکیل شده از الیاف کولار و اینگرا

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه سیستان و بلوچستان، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه سیستان و بلوچستان، ایران

10.22044/jsfm.2025.14979.3885

چکیده

در این پژوهش به مطالعه تجربی اثر ضربه سرعت بالا بر روی کامپوزیتهای هیبریدی کولار/اینگرا و تاثیر افزودن الیاف اینگرا بر خواص بالستیکی نمونه کولار/اپوکسی پرداخته شده است. بدین منظور، 6 دسته نمونه با پیکربندی‌های مختلف از الیاف پارچه‌ای کولار و اینگرا در 5 لایه ساخته شد. سپس آزمون ضربه سرعت بالا (تفنگ گازی) در دو سرعت 103 و 136 متر بر ثانیه (بالاتر از سرعت حد بالستیک) و به ترتیب در سطح انرژی 37 و 64 ژول توسط پرتابه‌ی استوانهای سر مخروطی بر روی نمونه‌ها صورت گرفت. برای یافتن بهینه ترین چیدمان؛ به کمک روابط انرژی، حد بالستیک و میزان جذب انرژی برای هر نمونه به صورت جداگانه محاسبه گردید و مشاهده شد که استفاده از الیاف اینگرا با پیکربندی IKIKI سبب افزایش جذب انرژی به میزان 50/57 درصد نسبت به نمونه کولار/اپوکسی شده است. در ادامه با توجه به عدم یکنواختی ضخامت و جرم در میان نمونه‌های ساخته شده، میزان جذب انرژی ویژه برای هیبرید‌های کولار/اینگرا محاسبه شد که مقادیر به‌دست آمده برای نمونه‌های KIKIK و IKIKI به ترتیب 61/5 و 23 درصد افزایش را نشان می‌دهد. نتایج فوق نشان از تاثیر بالای استفاده از الیاف اینگرا در افزایش جذب انرژی نمونه‌ی کولار/اپوکسی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Shanazari, H., Liaghat, G. H., Hadavinia, H., & Aboutorabi, A. (2017). Analytical investigation of high-velocity impact on hybrid unidirectional/woven composite panels. J. Thermoplastic Compo. Mat., 30(4), 545-563.‏
 [2] Safri, S. N. A., Sultan, M. T. H., Jawaid, M., & Jayakrishna, K. (2018). Impact behaviour of hybrid composites for structural applications: A review. Composites Part B: Engineering, 133, 112-121.‏
[3] Karger-Kocsis, J. (Ed.). (2012). Polypropylene structure, blends and composites: Volume 3 composites. Springer Science & Business Media.‏
[4] Swolfs, Y., Gorbatikh, L., & Verpoest, I. (2014). Fibre hybridisation in polymer composites: A review. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 67, 181-200.
[5] Dorey, G., Sidey, G. R., & Hutchings, J. (1978). Impact properties of carbon fibre/Kevlar 49 fibre hydrid composites. Composites, 9(1), 25-32.‏
[6] Briscoe, B. J., & Motamedi, F. (1992). The ballistic impact characteristics of aramid fabrics: the influence of interface friction. Wear, 158(1-2), 229-247.‏
[7] Rebouillat, S. (1998). Tribological properties of woven para-aramid fabrics and their constituent yarns. J. Mat. Sci., 33(13), 3293-3301.‏
 [8] Cheeseman, B. A., & Bogetti, T. A. (2003). Ballistic impact into fabric and compliant composite laminates. Composite structures, 61(1-2), 161-173.
[9]  Da Silva Junior, J. E. L., Paciornik, S., & d’Almeida, J. R. M. (2004). Evaluation of the effect of the ballistic damaged area on the residual impact strength and tensile stiffness of glass-fabric composite materials. Composite Structures, 64(1), 123-127.‏
[10] Zeng, X. S., Tan, V. B. C., & Shim, V. P. W. (2006). Modelling inter‐yarn friction in woven fabric armour. Int. J. Numerical Methods Eng., 66(8), 1309-1330.‏
[11] Dong, Z., & Sun, C. T. (2009). Testing and modeling of yarn pull-out in plain woven Kevlar fabrics. Composites Part A: Applied science and manufacturing, 40(12), 1863-1869.‏
[12] Chen, W., Qian, X. M., He, X. Q., Liu, Z. Y., & Liu, J. P. (2012). Surface modification of Kevlar by grafting carbon nanotubes. J. Appl. Polym.Sci., 123(4), 1983-1990.‏
[13] Pirmohammad, N., Liaght, G. H., & Pol, M. H. (2014). Experimental investigation on ballistic behavior of sandwich panels made of honeycomb core. Modares Mechanical Engineering, 14(4), 21-26.‏
[14] Bandaru, A. K., Vetiyatil, L., & Ahmad, S. (2015). The effect of hybridization on the ballistic impact behavior of hybrid composite armors. Composites Part B: Engineering, 76, 300-319.‏
 [15] Bandaru, A. K., Patel, S., Sachan, Y., Ahmad, S., Alagirusamy, R., & Bhatnagar, N. (2016). Mechanical behavior of Kevlar/basalt reinforced polypropylene composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 90, 642-652.‏
[16] Yang, Y., & Chen, X. (2017). Investigation of energy absorption mechanisms in a soft armor panel under ballistic impact. Textile Research Journal, 87(20), 2475-2486.‏
[17] Wang, D., Ju, Y., Shen, H., & Xu, L. (2019). Mechanical properties of high performance concrete reinforced with basalt fiber and polypropylene fiber. Construction and Building Materials, 197, 464-473.‏
[18] Asemani, S. S., Liaghat, G., Ahmadi, H., Anani, Y., & Khodadadi, A. (2021). Comparison of penetration process of 2-layer elastomeric composite with thermoset composite using energy absorption equations. Amirkabir J. Mech. Eng., 53(6), 3657-3672.‏
[19] Amirian, A., Rahmani, H., & Moeinkhah, H. (2022). An experimental and numerical study of epoxy-based Kevlar-basalt hybrid composites under high velocity impact. J. Indust. Textiles, 51(1_suppl), 804S-821S.‏
 [20] Nurazzi, N. M., Asyraf, M. R. M., Khalina, A., Abdullah, N., Aisyah, H. A., Rafiqah, S. A., ... & Sapuan, S. M. (2021). A review on natural fiber reinforced polymer composite for bullet proof and ballistic applications. Polymers, 13(4), 646. ‏
 [21] Liu, A., Chen, Y., Hu, J., Wang, B., & Ma, L. (2022). Low‐velocity impact damage and compression after impact behavior of CF/PEEK thermoplastic composite laminates. Polymer Composites, 43(11), 8136-8151.‏
[22] Andrew, J. J., Srinivasan, S. M., Arockiarajan, A., & Dhakal, H. N. (2019). Parameters influencing the impact response of fiber-reinforced polymer matrix composite materials: A critical review. Composite Structures, 224, 111007.‏
[23] Ramasamy, M., Daniel, A. A., Nithya, M., Kumar, S. S., & Pugazhenthi, R. (2021). Characterization of natural–Synthetic fiber reinforced epoxy based composite–Hybridization of kenaf fiber and kevlar fiber. Materials Today: Proceedings, 37, 1699-1705.‏
[24] Stopforth, R., & Adali, S. (2019). Experimental study of bullet-proofing capabilities of Kevlar, of different weights and number of layers, with 9 mm projectiles. Defence Technology, 15(2), 186-192.‏
  [25] Babaei, H., Jamali, A., Mirzababaie Mostofi, T., & Ashraf Talesh, H. (2016). Experimental Study and Mathematical Modeling of Deformation of Rectangular Plates under the Impact Load. J. Solid and Fluid Mech., 6(1), 143-152.‏
[26]  Keane, M. P., Lingenfelter, A. J., Walker, M., & Hill, R. R. (2020). Ballistic Limit Shot Dependency Testing in Composite Materials. In AIAA Scitech 2020 Forum (p. 1218).‏
[27] Gholizadeh, S. (2019). A review of impact behaviour in composite materials. Int. J. Mech. Prod. Eng., 7(3), 2320-2092.‏
[28] Zal, V., Moslemi Naeini, H., Bahramian, A. R., Behravesh, A. H., & Abbaszadeh, B. (2018). Investigation and analysis of glass fabric/PVC composite laminates processing parameters. Science and Engineering of Composite Materials, 25(3), 529-540.‏
[29] Zimmermann, N., & Wang, P. H. (2020). A review of failure modes and fracture analysis of aircraft composite materials. Engineering failure analysis, 115, 104692.‏