نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

2 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

3 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله به بررسی آزمایشگاهی میزان جذب انرژی در چندلایه‌های فلز-الیاف تقویت شده با آلیاژ حافظه‌دار در برابر ضربه سرعت پایین پرداخته شده است. پارامترهای مورد آزمایش در این پژوهش، زاویه الیاف، میزان پیش‌کرنش و محل قرارگیری سیم‌های حافظه‌دار در گلره تقویت شده با 2 رشته سیم‌ حافظه‌دار می‌باشند و برای اعمال ضربه از دستگاه ضربه شارپی 200 J استفاده شده است. از روش تاگوچی برای طراحی آزمایش‌های این پژوهش استفاده گردید و نمونه‌های مورد بررسی بر اساس آرایه متعامد L16 ساخته شدند. در استفاده از این آرایه پارامترهای زاویه الیاف و میزان پیش‌کرنش سیم‌های حافظه‌دار در 4 سطح و محل قرارگیری سیم‌های حافظه‌دار در 2 سطح مورد آزمایش قرار گرفتند. گلره‌های مورد بررسی از 19 لایه که حاوی 3 لایه آلومینیومی بودند، ساخته شدند. برای بررسی تاثیر تغییرات پارامترها بر روی میزان جذب انرژی ضربه شارپی چندلایه، بر روی داده‌های استخراجی تحلیل واریانس‌ انجام گرفت. مشخص شد که تغییرات پارامترهای پیش-کرنش سیم‌های حافظه‌دار، زاویه الیاف و محل قرارگیری این سیم‌ها در چندلایه به ترتیب به میزان 39.12درصد ، 32.13 درصد و 4.56 درصد بر روی میزان جذب انرژی چندلایه تاثیرگذار می‌باشد. همچنین آنالیز واریانس نشان داد که تغییرات پارامترهای پیش‌کرنش سیم‌های حافظه‌دار، زاویه الیاف و محل قرارگیری این سیم‌ها در چندلایه، با اطمینان به ترتیب 92.1 درصد، 90.6 درصد و 71 درصد بر تغییرات میزان جذب انرژی ضربه تاثیرگذار می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

An Experimental investigation on nitinol shape memory alloy reinforced GLAREs against Charpy low velocity impact

نویسندگان [English]

  • Masoud Osfouri 1
  • Omid Rahmani 2
  • Mohammad Reza Zamani 3

1 Department of Mechanical engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran

2 Department of Mechanical engineering, University of Zanjan, Zanjan, Iran

3 Department of Mechanical engineering, Malek-Ashtar University of Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

This research is on the energy absorption level in a metal-fiber laminate reinforced with a ‎shape-memory-alloy under low velocity impact. The parameters of the study are fiber angle, level of pre-strain and ‎position of memory wires in a GLARE reinforced with two memory-wires. In addition, a 200-J Charpy-Impact device was used to exert the impact‏. Taguchi method was used in designing of the experiments for this research and the investigated specimens were constructed based on L16 ‎orthogonal array. During the usage of array, parameters of "fiber angel" and the "pre-strain level of shape-memory wires" were ‎tested in four levels as well as the parameter related to the location of shape-memory-wires, tested in two levels. The scrutinized ‎GLAREs were constructed of 16layers containing 3layers of aluminum.‎ The analysis of variance was performed on extracted data to investigate the effect of changes in parameters on the energy absorption level ‎of laminate. It was found that the changes in following parameters of pre-strain of shape-memory wires, fiber's angel and ‎the location of these wires in laminate, have the influence of 39.12%, 32.13%, 4.56% , respectively, on the energy absorption level of ‎laminate. The variance analysis also proved that changes in energy absorption have confidence level of 92.1%, 90.6% and 71% ‎respectively with the changes in aforementioned parameters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Charpy impact
  • Fiber metal laminate
  • GLARE
  • Shape memory alloy
  • Nitinol

[1] AU, Al., "Prediction of Low-Velocity Impact Damage in Thin Circular Laminates" AIAA journal, Vol. 23, pp. 442-449, 1985.

[2] Cantwell, W. and Morton, J., "The Impact Resistance of Composite Materials—A Review" Composites, Vol. 22, pp. 347-362, 1991.

[3] Richardson, M. and Wisheart, M., "Review of Low-Velocity Impact Properties of Composite Materials" Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 27, pp. 1123-1131.1996.

[4] Sadighi, M. Alderliesten, R. and Benedictus, R., "Impact Resistance of Fiber-Metal Laminates: A Review" International Journal of Impact Engineering, Vol. 49, pp. 77-90, 2012.

[5] Ashenai, G. F. Malekzade, F. K. and Paknejad, R., "Response of  Cantilever Fiber Metal Laminate (FML) Plates Using an Analytical-Numerical Method " Journal of Modares Mechanical Engineering, Vol. 13,pp.57-672013.

[6] Jaroslaw, B. Barbara, S. and Patryk, J., "The Comparison of Low Velocity Impact Resistance of Aluminum/Carbon and Glass Fiber Metal Laminates" Polymer Composites, Vol. 37, pp. 1056-1063, 2016.

[7] Zhu, S. and Chai, G. B., "Low-Velocity Impact Response of Fibre–Metal Laminates–Experimental and Finite Element Analysis" Composites Science and Technology, Vol. 72, pp. 1793-1802, 2012.

[8] Abdullah, M. and Cantwell, W., "The Impact Resistance of Polypropylene-based Fibre–Metal Laminates" Composites Science and Technology, Vol. 66, pp. 1682-1693, 2006.

[9] Boroujerdy, M. S. Dariushi, S. and Sadighi, M., "Fiber Metal Laminates Under Low Velocity Impact: An Experimental/Analytical Approach" Iranian Journal of Polymer Science and Technology, Vol. 24, pp. 69-78, 2011. (In Persian)

[10] Sadighi, M. and Dariushi, S., "An Experimental Study on Impact Behavior of Fiber/Metal Laminates" Iranian Journal of Polymer Science and Technology, Vol. 21, pp. 315-327, 2008. (In Persian)

[11] Sun, M. Wang, Z. Yang, B. and Sun, X., "Experimental Investigation of GF/epoxy Laminates with Different SMAs Positions Subjected to Low-Velocity Impact" Composite Structures, Vol. 171, pp. 170-184, 2017.

[12] Hu, D. Zhang, L. Wang, R. and Zhang, X., "Investigation on Low Velocity Impact Resistance of SMA Composite Material" In SPIE Smart Structures and Materials+ Nondestructive Evaluation and Health Monitoring, pp. 97990Z-97990Z. International Society for Optics and Photonics, 2016.

[13] Shen, C. Wu, Z. Gao, Z. Ma, X. Qiu, Sh. Liu, Y. and Sun, T., "Impact Protection Behavior of  NiTi Shape Memory Alloy Wires" Materials Science and Engineering: A, Vol. 700, pp. 132-139, 2017.

[14] Zhang, R.-x. Ni, Q. Masuda, A. Yamamura, T. and Iwamoto, M., "Vibration Characteristics of Laminated Composite Plates with Embedded Shape Memory Alloys" Composite Structures, Vol. 74, pp. 389-398, 2006.

[15] Lau, K. T. Ling, HY. Zhou, L. M., "Low velocity Impact on Shape Memory Alloy Stitched Composite Plates" Smart Materials and Structures, Vol. 13, pp. 364-370, 2004.

[16] Pappadà, S. Remetta, R. Toia, L. Coda, L. Fumagali, L. and Maffezzoli, A., "Embedding of Superelastic SMA Wires into Composite Structures: Evaluation of Impact Properties" Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 18, pp. 522-530, 2009.

[17] Parsa, A. R. and Eslami-Farsani R., "Influence of Pre Strain Shape Memory Alloy Wire on Impact Properties of Smart Fibers Metal Composite" Journal of Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, pp. 322-330, 2017. (In Persian)

[18] Ghasemi, Faramarz Ashenai, Lotfali Mozafari Vanani, and Ali Pourkamali Anaraki. "A Study on the Charpy Impact Response of the Cracked Aluminum Plates Repaired with FML Composite Patches." Journal of Failure Analysis and Prevention 16.4 (2016): 594-600.

[19] Khalili, S. M. R. Mittal, R. K.  Gharibi Kalibar. S., "A study of the mechanical properties of steel/aluminium/GRP laminates." Materials Science and Engineering: A 412.1 (2005): 137-140.