نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران.

3 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران.

10.22068/jstc.2022.546100.1767

چکیده

ریدوم کامپوزیتی سازه‌ای مقاوم برای محافظت از آنتن رادارهای مخابراتی در برابر عوامل مکانیکی و محیطی می‌باشد. با توجه به قرارگیری آن در مقابل آنتن و امکان تاثیر بر روی امواج دریافتی و ارسالی، علاوه بر خواص مکانیکی، خواص الکترومغناطیسی این سازه بسیار حائز اهمیت است. در این پژوهش خواص مکانیکی (استحکام کششی در راستای الیاف) به همراه خواص الکترومغناطیسی (ثابت دی-‌الکتریک در فرکانس باندX) برای ریدوم کامپوزیتی (GFRP) بررسی و بهینه‌یابی شده است. برای این منظور از دو نوع الیاف شیشه سری E و D و دو نوع رزین اپوکسی و رزین پلی‌استر استفاده شده است. علاوه بر آن، جهت ساخت کامپوزیت، سه روش متداول لایه‌چینی دستی، کیسه خلا و نفوذ در خلا به کار گرفته شده است. همچنین با استفاده از روش طراحی آزمایش تاگوچی و تحلیل سیگنال به نویز ترکیب بهینه برای هر یک از خواص به دست آمد که برای استحکام کششی ترکیب الیاف شیشه سری E و رزین اپوکسی و روش ساخت کیسه خلا بالاترین استحکام کششی به مقدار 320.9 مگاپاسکال و برای ثابت دی‌الکتریک الیاف شیشه سری D و رزین اپوکسی و روش ساخت کیسه خلا با مقدار 2.85 پایین‌ترین مقدار تعیین گردید. پس از دست‌یابی به ترکیب بهینه برای هر یک از خواص به بررسی حالت بهینه با درنظر گرفتن تمامی عوامل خواص مکانیکی، الکترومغناطیسی بصورت یکجا به کمک روش بهینه‌یابی چندپاسخه (رابطه خاکستری)، پرداخته شده که در نهایت، ترکیب الیاف شیشه سری D، رزین اپوکسی و روش ساخت کیسه خلا پیشنهاد شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of tensile strength and dielectric constant of GFRP composite

نویسندگان [English]

  • Ehsan Talei-Fard 1
  • Hossein Parsa 2
  • Jafar Eskandari Jam 3

1 Faculty of Materials and Manufacturing Engineering, Malek Ashtar University, Tehran, Iran.

2 Faculty of Materials and Manufacturing Engineering, Malek Ashtar University, Tehran, Iran.

3 Faculty of Materials and Manufacturing Engineering, Malek Ashtar University, Tehran, Iran.

چکیده [English]

A composite radome is a durable structure to protect telecommunication radar antennas against mechanical and environmental factors. Due to its placement in front of the antenna and the possibility of affecting the received and transmitted waves, in addition to the mechanical properties, the electromagnetic properties of this structure are very important. In this study, the mechanical properties (tensile strength in the direction of fibers) and the electromagnetic properties (dielectric constant at X-band frequency) for a GFRP composite radome has been studied and optimized. For this purpose, two types of glass fibers E and D series, and two types of epoxy resin and polyester resin have been used. In addition, three common methods of composite fabrication including hand layup, vacuum bag, and vacuum infusion have been used. Also, by using the Taguchi test design method and signal-to-noise analysis, the optimal composition was obtained for each of the properties, which for tensile strength of the combination of E series glass fibers and epoxy resin and vacuum bag fabrication method, the highest tensile strength was 320.9 MPa and for the dielectric constant of D series glass fibers and epoxy resin and vacuum bag fabrication method with the lowest value of 2.85 were determined. After determining the optimal composition for each of the properties, the optimum state was investigated by considering all the mechanical and electromagnetic properties factors together by using the multi-response optimization method (gray relation). Finally, a combination of D-series glass fibers, epoxy resin, and vacuum bag fabrication method was proposed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Radome
  • composites
  • Tensile strength
  • dielectric constant
[1] Rašuo, B. ,“Dielectric modeling of multiphase composites,” Vol. 93, pp. 3209–3215, 2011.
[2] Miracle, D. B., Donaldson, S. L., Henry, S. D., "ASM Handbook Volume 21 Composites," Eighth ed., ASM International Handbook Committee, 2017.
[3] Blythe, T., and Bloor, D., "Electrical properties of polymers," Vol.11, No. 3, 2005.
[4] Sokolov, V. I., Shalgunov, S. I., Gurtovnik, I. G., Mikheeva, L. G., and Simonov-Emel’yanov, I. D., “Dielectric Characteristics of Glass Fibre Reinforced Plastics and Their Components,” Int. Polym. Sci. Technol., Vol. 32, No. 7, pp. 6267, 2004.
[5] Akram, M., Javed, A., and Rizvi, T. Z., “Dielectric properties of industrial polymer composite materials,” Turkish J. Phys., Vol. 29, No. 6, pp. 355–362, 2005.
[6] Wang, Q., Li, X., Chang, T., Hu, Q., and Yang, X., “Terahertz spectroscopic study of aeronautical composite matrix resins with different dielectric properties,” Optik (Stuttg)., Vol. 168, No. 2010, pp. 101–111, 2018.
[7] Reddy, P. E. K., Anuradha, D., and Nikhil, S., “A Study and Modeling of High Pressure Radome with Uwb Frequency Coverage in Submarine Communications,” Vol. 5, No. 7, 2015.
[8] Xu, X., Zhang, B., Liu,V., Xing, L., Liu, D., and Bai M., “Measurements and analysis of the dielectric properties of 
aramid/epoxy composites based on free space method under stress conditions,” Polym. Test., Vol. 72, No., pp. 55–62, 2018.
[9] Mokhtari, M., Nazari, F., Taherkhani, M., Aliakbarian, H., and Radiom, S., “Design and measurement of the first Iranian sandwich Radome panel for C – band weather radar application,” in Persian, J. Sci. Technol. Compos., Vol. 6, No. 2, pp. 234–241, 1398.
[10]Sarkhosh, R., and Zarei, H., “Design, Manufacturing and Mechanical and Electrical Properties Evaluation of Glass Fiber 
Reinforced PTFE Polymer Matrix Composite,” in Persian, J. Modares Mech. Eng., Vol. 21, No. 2, pp. 117–127, 1399.
[11]Sarkhosh, R., Arabqomi, H., and Farrokhabadi, A., “Design, manufacturing, and evaluation of mechanical and electrical properties of biodegradable epoxy/hemp composite produced by VARTM method,” in Persian, J. Aeronaut. Eng., 1400,
[12]Kozakoff, D. J., “Analysis of radome-enclosed antennas,” Artech House, 2010.
[13]Cary, R., “Radomes,” Handb. Antenna Des. Vol. 2, pp. 457–552, 2011