نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران

2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران

3 کارشناسی ارشد، مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان

4 کارشناسی ارشد، مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

چندلایی‌های الیافی- فلزی نسل جدیدی از کامپوزیت‌های هیبریدی هستند که متشکل از لایه‌های فلزی نازک و پیش آغشته‌های کامپوزیتی می‌باشند. این مواد دارای خواص مکانیکی مناسب هستند و از وزن کمتری نسبت به فلزات مشابه برخوردار می‌باشند. این مقاله به بررسی سرعت حد بالستیک در چندلایی الیافی- فلزی و مقایسه‌ی آن با لایه-های فلزی، به صورت تجربی و عددی می‌پردازد. نمونه‌های الیافی- فلزی از لایه‌های آلومینیم 3T-2024 و پیش آغشته‌های کامپوزیتی از جنس شیشه/ اپوکسی به صورت بافته شده، تشکیل شده است و در پرس گرم تحت دما و فشار مشخص پخته می‌شود. نمونه‌های فلزی نیز از جنس آلومینیم با آلیاژ 3T-2024 می‌باشد. برای آزمایش ضربه از دستگاه تفنگ گازی استفاده شده است و سرعت ورودی پرتابه تا m/s90 می‌باشد. نتایج بدست آمده از تست نمونه‌های ساخته شده، نشان دهنده‌ی برتری چندلایی الیافی- فلزی می‌باشد به گونه‌ای که سرعت حد بالستیک، انرژی نفوذ و انرزی نفوذ مخصوص در این چندلایی‌ها بیشتر از آلومینیم می‌باشد. در نهایت نیز در نرم افزار آباکوس، ضربه‌ی سرعت بالا با استفاده از معیارهای آسیب کششی و برشی شبیه‌سازی شده است و توافق مناسبی بین نتایج تجربی و عددی بدست امده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental and numerical investigation of high velocity impact resistance in fiber metal laminates

نویسندگان [English]

  • Yoosof Chaparian 1
  • Abdulreza Kabiri2 2
  • Hamid Khaje Arzani 3
  • Gholamreza Gerami 4

1 Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Malek-e-Ashtar University of Technology, Isfahan, Iran

2 Department of Marine Engineering, Malek-e-Ashtar University of Technology, Isfahan, Iran

3 Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Malek-e-Ashtar University of Technology, Isfahan, Iran

4 Department of Materials Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran

چکیده [English]

Fiber- metal laminates (FMLs) are new type of hybrid composites based on thin metal layers, such as aluminum or titanium alloys, and prepreg composite material, such as glass fiber reinforced epoxy resin. FML represents good mechanical property and less weight than traditional aluminum layers. This paper presents experimental and numerical investigations on high velocity impact response of fiber- metal laminates based on prepreg woven glass fiber and 2024-T3 aluminum alloy. After lay- up and curing of samples, in order to assessment of ballistic impact behavior, tests on FMLs and 2024-T3 aluminum layers, were undertaken using a light gas gun at velocities up to 90 m/s. The results of experimental works indicate that FMLs based on prepreg woven glass fiber have higher specific perforation energy than the aluminum samples. Numerical simulations were performed by the finite element software, ABAQUS, using tensile and shear failure for damage criteria. Good agreement was observed between the numerical and experimental data.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ballistic Limit Velocity
  • Fiber metal laminate
  • Gas Gun
  • Specific Perforation Energy
1-        
[1]  Ahmadi, H., “Experimental and Numerical Investigation Ballistic Velocity on GLARE Target,” MSc Thesis, In Persian, Tarbiat Modares University, Iran, 2009.
[2]  Vogelesang, L. B., and Vlot, A., “Development of Fibre Metal Laminates for Advanced Aerospace Structures,” Journal of Materials Processing Technology, Vol. 103, No. 1, pp. 1-5, 2000
[3]  Vlot, A., Gunnink, J. W., “Fibre metal laminates: an introduction“ Springer Science & Business Media, 2011
[4]  Laliberte, J., Poon, C., Straznicky, P., Fahr, A., “Applications of fiber-metal laminates“, Polymer composites, Vol. 21, No. 4, pp. 558-567, 2000.
[5]  Sinmazçelik, T., Avcu, E., Bora, M. Ö., Çoban, O., “A review: Fibre metal laminates, background, bonding types and applied test methods“, Materials & Design, Vol. 32, No. 7, pp. 3671-3685, 2011.
[6]  Vlot, A., “Impact properties of fibre metal laminates“, Composites Engineering, Vol. 3, No. 10, pp. 911-927, 1993.
[7]  Abdullah, M., Cantwell, W., “The impact resistance of fiber–metal laminates based on glass fiber reinforced polypropylene“, Polymer composites, Vol. 27, No. 6, pp. 700-708, 2006.
[8] Ghalami-Choobar, Mehran, and Mojtaba Sadighi. "Investigation of high velocity impact of cylindrical projectile on sandwich panels with fiber–metal laminates skins and polyurethane core." Aerospace Science and Technology 32.1 (2014): 142-152.
[9]  Zarei, Hamed, Mojtaba Sadighi, and Giangiacomo Minak. "Ballistic analysis of fiber metal laminates impacted by flat and conical impactors." Composite Structures 161 (2017): 65-72.
[10]         Chaparian, Y., Kabiri, A. R., “Numerical analysis of high velocity impact resistance in fiber metal laminate“,In Persian, the 15th International Conference of Iranian Aerospace Society, Civil Aviation Technology College, Iran.
[11]         Ahmadi, H., Liaghat, G., Sabouri, H., Bidkhouri, E., “Investigation on the high velocity impact properties of glass-reinforced fiber metal laminates“, Journal of Composite Materials, pp. 0021998312449883, 2012.
[12] Guan, Z., Cantwell, W., Abdullah, R., “Numerical modeling of the impact response of fiber–metal laminates“, Polymer Composites, Vol. 30, No. 5, pp. 603-611, 2009.
[13] Pol, M. H., Liaghat, G., Hajiarazi, F., “Effect of nanoclay on ballistic behavior of woven fabric composites: Experimental investigation“, Journal of Composite Materials, pp. 0021998312449768, 2012.
[14] Raguraman, M., Deb, A., “Accurate prediction of projectile residual velocity for impact on single and multi-layered steel and aluminum plates“,9 th international LS-DYNA Users Conference , penetration and explosive modeling , pp: 2.37-2.48.
[15] ABAQUS, Theory Manual, Version 6.11, Dassault Systemes (2011).
[16] Fatt, M. S. H., Lin, C., Revilock, D. M., Hopkins, D. A., “Ballistic impact of GLARE™ fiber–metal laminates“, Composite structures, Vol. 61, No. 1, pp. 73-88, 2003.
[17] Sadighi, M., Pärnänen, T., Alderliesten, R., Sayeaftabi, M., Benedictus, R., “Experimental and numerical investigation of metal type and thickness effects on the impact resistance of fiber metal laminates“, Applied Composite Materials, Vol. 19, No. 3-4, pp. 545-559, 2012.
[18] Song, S., Byun, Y., Ku, T., Song, W., Kim, J., Kang, B., “Experimental and numerical investigation on impact performance of carbon reinforced aluminum laminates“, Journal of Materials Science & Technology, Vol. 26, No. 4, pp. 327-332, 2010.
[19] Seo, H., Hundley, J., Hahn, H., Yang, J.-M., “Numerical simulation of glass-fiber-reinforced aluminum laminates with diverse impact damage“, AIAA journal, Vol. 48, No. 3, pp. 676-687, 2010