نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

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

چکیده

با توجّه به کاربرد گسترده‌ی مواد مرکب در صنایع مختلف، شناخت مدل‌های شکست سازه‌های مرکب از این مواد در برابر بار‌های وارده حائز اهمیت است. در این مقاله رفتار و مدل‌های شکست لوله‌های کامپوزیت ساخته شده به روش رشته پیچی با الیاف شیشه، دارای لاینر داخلی و ذرات نانو سیلیکا، تحت بار ضربه محلی مورد آزمایش و بررسی قرار گرفته‌ است. با استفاده از دستگاه رشته پیچی نیمه اتوماتیک، عمل رشته پیچی الیاف انجام شده‌است. ذرات نانو سیلیکا در ساخت نمونه‌ها مورد استفاده قرار گرفتند و طی فرآیند مخلوط کردن با ماده‌ی زمینه برای همگن سازی بهتر با بهره گیری از دستگاه فراصوت مخلوط شدند. 16 نمونه‌ی لوله‌ی کامپوزیت با زاویه‌ی پیچش الیاف 55± ساخته شد. آزمایش ضربه، با استفاده از دستگاه تفنگ گازی و با سرعت‌های 118، 113، 108 و 100 متر بر ثانیه انجام شده است. افزودن ذرات نانو سیلیکا باعث افزایش مدول الاستیک و استحکام در ماده‌ی زمینه می‌شود. این در حالی است که وجود لاینر ترد رفتار پوسته‌ی کامپوزیت را تحت تأثیرخود قرار می‌دهد. در تمام آزمایش‌های انجام شده نفوذ پرتابه به داخل لوله رخ داده و مشاهدات تجربی شامل سطح شکست به‌وجود آمده در اثر برخورد و همچنین شکست ماده‌ی زمینه اصلی و پارگی الیاف مورد بحث و بررسی قرار گرفته‌است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental study of behavior of filament winding composite pipes with liner using glass fibers and silica nanoparticles under impact loading

نویسندگان [English]

  • Hamed Rahimi Sharbaf 1
  • Gholam Hossein Rahimi 2
  • Gholam Hossein Liaghat 2

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

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

چکیده [English]

Due to the extensive use of composite materials in various industries, recognizing the failure models of these materials is very important. In this article, the behavior and failure models of composite pipes made by filament-wound with fiberglass, with internal liner and silica nanoparticles under local impact tested and examined. Filament winding is performed using a semi-automatic filament-wound device. Nano particles of silica that are used in the manufacturing the samples during the process of mixing and for better homogenization, the ultrasound is used. The filament winding angle of all 16 tubes was ±55. Impact test, using a gas gun with speeds of 118, 113, 108 and 100 meters per second is done. Add silica nanoparticles increases the elastic modulus and strength of the matrix. However, the existence of brittle liner, the composite shell behavior puts under its effect. In all tests, penetration of the projectile into the tube were occurred. The failure area due to impact, were same to the diameter of the projectile. Rupture of fibers failures in the matrix is the most important models of failure that were observed in impacted composite tubes. The experimental observation were reported, discussed and commented upon.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite
  • Tube
  • Silica nano particles
  • Impact

 

[1]    Ávila, A. F. Carvalho, M. G. R. Dias, E. C. and da Cruz, D. T. L., "Nano-structured sandwich composites response to low-velocity impact", Composite Structures, Vol. 92, No. 3, pp. 745-751, 2010.

[2]    Ke, F. Jiang, X. Xu, H. Ji, J. and Su, Y., "Ternary nano-CaCO3/poly(ethylene terephthalate) fiber/polypropylene composites: Increased impact strength and reinforcing mechanism", Composites Science and Technology, Vol. 72, No. 5, pp. 574-579, 2012.

[3]    Venkatanarayanan, P. S. and Stanley, A. J., "Intermediate velocity bullet impact response of laminated glass fiber reinforced hybrid (HEP) resin carbon nano composite", Aerospace Science and Technology, Vol. 21, No. 1, pp. 75-83, 2012.

[4]    Jajam, K. C. and Tippur, H. V., "Quasi-static and dynamic fracture behavior of particulate polymer composites: A study of nano- vs. micro-size filler and loading-rate effects", Composites Part B: Engineering, Vol. 43, No. 8, pp. 3467-3481, 2012.

[5]    Zhang, Z. Zhao, X. Zhang, J. and Chen, S., "Effect of nano-particles-induced phase inversion on largely improved impact toughness of PVC/α-methylstyrene–acrylonitrile copolymer (α-MSAN)/CPE-matrix composites", Composites Science and Technology, Vol. 86, No. pp. 122-128, 2013.

[6]    Zabihollah, A. Pol, M. H. SelkGhafari, A. and Momeni, S., "Dynamic response of laminated hybrid composite beams reinforced with high weight fraction of nano-particles", Modares Mechanical Engineering, Vol. 13, No. 11, pp. 150-153, 2013.

[7]    Majumdar, A. Butola, B. S. and Srivastava, A., "Development of soft composite materials with improved impact resistance using Kevlar fabric and nano-silica based shear thickening fluid", Materials & Design, Vol. 54, No. pp. 295-300, 2014.

[8]    Sivasaravanan, S. Raja, V. K. and Manikandan, B.,"Impact Characterization of Epoxy LY556/E-Glass Fibre/ Nano Clay Hybrid Nano Composite Materials", Procedia Engineering, Vol. 97, No. pp. 968-974, 2014.

[9]    Pol , M. H. Liaghat , G. H. Mehrabani Yeganeh, E. and Afrouzian , A., "Experimental investigation of nanoclay and nanosilica particles effects on mechanical properties of glass epoxy composites", Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 16, pp. 76-82, 2014.

[10]  Masoudi , A. Liaghat , G. H. and Pol , M. H., "Effects of nanoclay on the ballistic behavior of GLARE - Experimental and numerical investigation", Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 7, pp. 43-51, 2014.

[11]  Koricho, E. G. Khomenko, A. Haq, M. Drzal, L. T. Belingardi, G. and Martorana, B., "Effect of hybrid (micro- and nano-) fillers on impact response of GFRP composite", Composite Structures, Vol. 134, No. pp. 789-798, 2015.

[12]  Manero Ii, A. Gibson, J. Freihofer, G. Gou, J. and Raghavan, S., "Evaluating the effect of nano-particle additives in Kevlar® 29 impact resistant composites", Composites Science and Technology, Vol. 116, No. pp. 41-49, 2015.

[13]  Rostamiyan, Y. Fereidoon, A. Mashhadzadeh, A. H. Ashtiyani, M. R. and Salmankhani, A., "Using response surface methodology for modeling and optimizing tensile and impact strength properties of fiber orientated quaternary hybrid nano composite", Composites Part B: Engineering, Vol. 69, No. pp. 304-316, 2015.

[14]  Matadi Boumbimba, R. Froustey, C. Viot, P. and Gerard, P., "Low velocity impact response and damage of laminate composite glass fibre/epoxy based tri-block copolymer", Composites Part B: Engineering, Vol. 76, No. pp. 332-342, 2015.

[15]  Zamani, R. Rahimi, G. H. Pol, M. H. and Hedayatian, M., "Reinforcing Effect of Nanoclay on Buckling Behavior of Nanocomposite Grid Shells: Experimental Investigation", Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 3, pp. 411-418, 2015.