علوم و فناوری کامپوزیت

ارائه مدل نیمه‌تجربی چهت پیش‌بینی رفتار ضربه با سرعت پایین کامپوزیت‌های تقویت شده با پارچه‌های حلقوی پودی دوجداره

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی نساجی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

استفاده از منسوج به عنوان جزء تقویت کنند،ه سبب بهبود چشمگیر برخی از خواص مکانیکی کامپوزیت‌ها می‌شود. یکی از ویژگی‌های مهم مکانیکی، مقاومت در برابر بارهای ضربه‌ای است. از اینرو، در مقاله حاضر، رفتار ضربه‌پذیری کامپوزیت‌های تقویت شده با پارچه‌های دوجداره حلقوی پودی مورد مطالعه قرار گرفت . از آنجا که ماهیت مکانیکی ضربه ناشی از نیروهای خارج از صفحه است، تقویت کامپوزیت‌ها در راستای ضخامت به منظور تحمل بارهای ضربه ای از اهمیت بالایی برخودار است. پارچه‌های دو جداره حلقوی پودی به دلیل وجود نخهای اتصال ساختار مناسبی برای تقویت در راستای ضخامت کامپوزیت‌ها به شمار می‌روند. در این تحقیق، ابتدا اصول کلی حاکم بر رفتار ضربه‌ سرعت پایین کامپوزیت‌ها مورد مطالعه قرار گرفت؛ سپس، با به کارگیری پارامترهای ساختاری منسوج مانند هندسه، ساختمان بافت و خواص نخ، معادلات حاکم بر رفتار ضربه‌‌ای لایه‌ها استخراج و در قالب مدلی مکانیکی ارائه گردید. در ادامه پارچه‌های دوجداره حلقوی پودی با آرایش متفاوتی از نخ‌های اتصال که بر اساس مدل ارائه شده مهمترین‌ پارامتر موثر در ضربه پذیری است، بافته شد و به عنوان تقویت کننده‌های کامپوزیت مورد استفاده قرار گرفت. در انتها نمونه‌ها تحت آزمون ضربه با سرعت پایین قرار گرفتند. انطباق نتایج تئوری و تجربی نشان داد که مدل ارائه شده به خوبی قادر به پیش بینی رفتار ضربه‌ای کامپوزیت‌های تقویت شده با پارچه‌های دوجداره حلقوی پودی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

A semi-empirical model to predict the low-velocity impact behavior of weft-knitted spacer fabrics reinforced composites

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Hasanalizadeh 1
  • Hadi Dabiryan 1
  • Mojtaba Sadighi 2

1 Textile Engineering Department, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran

2 - Mechanical Engineering Department, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

Using fabrics as reinforcement of composites considerably leads to improve some of mechanical properties. One of the important mechanical properties is resistance to impact forces. Therefore, in the present study, the impact behavior of composites reinforced with weft-knitted spacer fabrics has been studied. Due to the out of plane nature of impact force , the through-the-thickness reinforcement of composite play a key rule in undergoing the impact forces. Weft-knitted spacer fabrics are adequate structures to reinforce through-the thickness of composite due to the existence of spacer yarns. In this study, at first, principle of low velocity impact behavior of composites was studied. Then, a semi-empirical model was generated to predict the impact behavior of composites considering the structural parameters of weft-knitted spacer fabrics as reinforcement of composites. In order to validate the proposed model, weft-knitted spacer fabrics with different types of spacer yarn's orientation were produced and used as reinforcement of composites. The low-velocity impact test was carried out on the prepared samples. A good correlation was found between theoretical and experimental results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Low velocity impact
  • weft-knitted spacer fabrics
  • Composite
  • Semi-empirical model
مراجع
[1] Omodi, M. J. and Shokrieh, M. M., "Investigation on the Impact Resistanve of Polymeric Fibers Reinforced Composites" Journal of Science and Technology of Composites, No. 4, pp. 255-277, 2011. (In Persian)
[2] Abrate, S., "Impact on Composite Structures" ambridge: Cambridge university press, 1998.
[3] Sjoblom, P. Hartness, J. and T. Cordell, "On Low-Velocity Impact Testing of Composite Materials" Journal of composites material, Vol. 22, pp. 30-52, 1988.
[4] Shivakumar, K. Elber, W. and Illg, W., "Prediction of Low-Velocity Impact Damage in Thin Circular Laminates" Journal of Applied Mechanics, Vol. 52, pp. 674-680, 1985.
[5] Cantwell, W. and Morton, J., "The Impact Resistance of Composite Materials-a Review" Composites, Vol.  22, pp. 347-362, 1991.
[6] Liu, D. and Malvern, L., "Matrix Cracking in Impacted Glass/Epoxy Plates," Journal of composites, Vol. 21, pp. 594-609, 1987.
[7] Joshi, S. and Sun, C., "Impact-Induced Fracture Initiation and Detailed Dynamic Stress Field in the Vicinity of Impact," in American Society of Composites 2nd Tech.conf, 1987.
[8] Hesami, R. Hassani, H. Ajeli, S. and Zadhoosh, A., “Investigation Into the Energy Absorption Capacity of Reinforced Composite by 3D weft-knitted Fabrics” Journal of Textile Science and Technology, No. 2, pp. 65-70, 2012. (In Persian )
[9] Wang, X. Hu, B. Feng, Y. Liang, F. J. Mo, Xiong, J. and Y. Qiu., "Low Velocity Impact Properties of 3D Woven Basalt/Aramid Hybrid Composites" Composites science and technology, Vol. 68, pp. 444-450, 2008.
[10] Zhao, N. Rodel, H. Herzberg, C. Gao, S. L. and Krzywinski, S., "Stitched Glass/PP Composite. Part I: Tensile and Impact Properties," Composites, pp. 635-643, 2009.
[11] Sadighi, Alderliesten, R.C. and Benedictus, R., "Impact Resistance of Fiber-Metal Laminates: A Review"International Journal of Impact Engineering, Vol .49, pp. 77-90, 2012.
[12] Kiani, Y. Sadighi, Jedari Salami, M. and M. R. Eslami., "Low Velocity Impact Response of Thick FGM Beams with General Boundary Conditions in Thermal Field" Composite Structures, Vol. 104, pp. 293-303, 2013.
[13] ZareiMahmoudabadi, M. and Sadighi, M., "A Theoretical and Experimental Study on Metal Hexagonal Honeycomb Crushingunder Quasi-Static and Low Velocity Impact Loading"Materials Science and Engineering, Vol. 528, pp. 4958-4966, 2011.
[14] Sadighi, M. and Pouriayevali, H., "Quasi-Static and Low-Velocity Impact Response of Fully Backed or Simply Supported Sandwich Beams" Journal of sandwichstructures and materials, Vol. 10, 2008.
[15] Sadighi, M. Parnanen, T. Alderliesten, R. C. Sayeaftabi, M. and Benedictus, R., "Experimental and Numerical Investigation of MetalType and Thickness Effects on the Impact Resistanceof Fiber Metal Laminates" Applied Composite Materials, Vol. 19, pp. 545-559, 2012.
[16] Ghane, M. and Zarezadeh Lari, V., "Estimating the Deflection of Weft Yarn in Plain Woven Fabric Using Yarn Pull Out Test" Indian Journal of Fiber & Textile Research, Vol. 39, pp. 394-400, 2014.
[17] Varshney, R. K. Kothari, V. K. and Dhamija, S., "Influence of Polyester Fiber Shape and Sizae on the Hairiness and Some Mechanical Properties of Yarns" Indian Journal of Fiber & Textile Research, Vol. 39, pp. 24-32, 2014.
[18] Dayari, M. Shaikhzadeh Najar, S. and Shamsi, M., "A New Theoretical Approach to Cut-Pile Carpet Compression Based on Elastic-Stored Bending Energy" The Journal of The Textile Institute, pp.  688-694, 2009.
[19] Dayari, M., "Study on Compressional Energy Contribution Into Total Energy of Pile Deformation in Cut-Pile Carpet," The Journal of The Textile Institute, pp. 1315-1321, 2014.
[20] Liu, Y. Hu, H. Long, H. and Zhao, L., "Impact Compressive Behavior of Warp-Knitted Spacer Fabrics for Protective Applications", Textile Research Journal, 82(8) 773–788, 2012.
[21] Guo, X. Long, H. and Zhao, L., "Investigation on the Impact and Compression-After-Impact Properties of Warp-Knitted Spacer Fabrics", Textile Research Journal, 83(9) 904–916, 2013.
 
علوم و فناوری کامپوزیت
دوره 5، شماره 1
خرداد 1397
صفحه 117-126
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار