نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو دکترای، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

در این تحقیق رفتار ورق دولایه فولاد – پلی اوریا در مقابل بار ضربه ای و همچنین اثر افزودن نانو رس به پلی اوریا مورد بررسی قرار گرفته است. برای انجام این تحقیق از روش تجربی و مدل سازی عددی استفاده شده است. نمونه‌های دولایه فولاد- پلی اوریا و فولاد- نانوپلی اوریا تهیه و آزمایش کشش ساده و ضربه سقوط آزاد بر روی آنها انجام شده است. شتاب برخورد در هر حالت ثبت و نتیجه با مدل عددی مقایسه شده است. نتایج آزمایش نشان می دهد استفاده از پر کننده نانو رس در بهبود قابلیت جذب انرژی و کاهش تغییر شکل ماندگار موثر می‌باشد. نانو رس با درصد وزنی 1% در داخل جزء نرم تر (پلی امین) مخلوط شده و برای توزیع بهترذرات نانو در پلی امین از هم‌زن مکانیکی و سیستم اولتراسونیک استفاده شده است. آزمایش کشش نشان می دهد که با افزودن ذرات نانو مدول الاستیک حدود 60 درصد افزایش و ازدیاد طول قبل از شکست نیز حدود 7 درصد کاهش یافته است. همچنین برای مشاهده تاثیر ماده افزودنی بر روی عملکرد قطعه دولایه، آزمایش ضربه انجام و نتایج آزمایش با مدل سازی عددی صحه گذاری شده است. مشاهده شده است که افزودن نانو رس به ماده پلیمری مقدار جذب انرژی را حدود 3 درصد افزایش داده و حداکثر تغییر شکل ماندگاردر اثر ضربه در قطعه را نیز حدود 7 درصد کاهش داده است. مقایسه نتایج مدل عددی و آزمایش نشان دهنده تطابق بالای نتایج دو مدل می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect of nano clay addition to energy absorption capacity of steel-polyurea bi-layer

نویسندگان [English]

  • Ahmad Bidi 1
  • Gholamhossein Liaghat 2
  • Gholamhossein Rahimi 2

1 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

2 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

چکیده [English]

The impact behavior of steel – polyurea bi-layer panel is studied and the effect of nano clay addition to polyurea is investigated. Experimental and numerical analysis is used. Polymeric and nano polymeric bi-layer specimens are fabricated and Simple tension test and drop impact test are carried out. Impactor acceleration for each test is recorded and compared with numerical one. Experimental results show that adding nano clay to polyurea will improve impact energy absorption and plastic deformation of bi-layer panel. nano clay with 1% weighting is added to soft part of the polyurea i.e. polyamine. Mechanical mixing and ultrasonic dispersion system is used for good dispersion of nano particles before mixing in polyamine. Experimental results show that elastic modulus is increased about 60% and elongation at break is decreased about 7% with nano clay addition. Also nano clay effects on bi-layer panel is studied with drop impact test and the results is verified with numerical analysis. It is shown that adding nano clay to polyurea as a reinforcement filler has increased the impact energy absorption about 3% and has decreased the maximum plastic deformation about

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nano clay
  • Polyurea
  • Drop impact test
  • energy absorption

 

[1]    Chongdu, C. and Guiping, Z., “Dynamic Response and Damage of Composite Shell under Impact,” KSME International, Vol. 13, No. 9, pp. 956-608, 1999.

[2]    Damodar, R. A. and James, H. S., “Effect of Curvature on the Impact Damage Characteristic and Residual Strength of Composite Plates,”Nasa Langley Research Center. AIAA Paper No. 98 -1881.

[3]    McShane, G.J. Stewart, C. Aronson, M.T. Wadley, H. N. G. Fleck, B. N. and Deshpande, V.S., “Dynamic Rupture of Polymer– Metal Bilayer Plates,” International Journal of Solids and Structures, Vol.45, No. 16. pp. 4407-4426, 2008.

[4]    Irshidat, M. Al-Ostaz, A. and Cheng, A. H. D., “Predicting the Response of Polyurea Coated High Hard Steel to Ballistic Impact by Fragment Simulating projectiles,” Submitted to Computational Mechanics, 2008.

[5]    Amini, M.R. Isaacs, J. and Nasser, S., “Investigation of Effect of Polyurea on Response of Steel Plates to Impulsive Loads in Direct Pressure Pulse Experiments,” Mechanics of Materials, Vol. 42, pp. 628-639, 2010.

[6]    Pole, M. H., and Liaghat, Gh., “Experimental and Analytical Penetration Analysis in Nano Composites”, In Persian, PhD Thesis Mechanical Engineering, TMU. Tehran, Iran 2012.

[7]    Isik, I. Yilmazer, U. and Bayram, G., “Impact modified epoxy/montmorillonite nanocomposites, synthesis and characterization,” Polymer, Vol. 44, No. 20,  pp. 25-44, 2003.

[8]    GunaSingh, C. Soundararajanand, S. and Palanivelu, K., “Studies on Mechanical, Thermal properties and Characterization of Nanocomposites of Nylon-6 –Thermoplastics Poly Urethane Rubber [TPUR] blend,” Journal of Applied Chemistry, Vol. 4, pp. 65-75, 2013.

[9]     AUTODYN, EKM, Engineering Knowledge Manager, http://orange.engr.ucdavis.edu, available in 24 December 2015.

[10]  Hallquist, O., Ls-Dyna Theory Manual, Sec. 18.19, 2006.

[11]  LS-DYNA keyword user’s manual, Vol. 1 version 960, Livermore Software Technology Corporation, Sec. 1 pp. 36, 2001.