علوم و فناوری کامپوزیت

بررسی تجربی نفوذ شبه استاتیکی برروی پانل ساندویچی کامپوزیتی ساخته شده از الیاف بازالت با لحاظ نانوگرافن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد، نجف آباد، ایران

2 استادیار گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد، نجف آباد، ایران

3 استادیار مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، ایران

10.22068/jstc.2018.87178.1448

چکیده

دراین مقاله، تاثیر افزودن ذرات نانو گرافن به رزین و استفاده از الیاف بازالت در ساخت پانل ساندویچی کامپوزیتی، بر پاسخ نفوذ شبه استاتیکی و میزان جذب انرژی، مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از انجام این آزمایش بررسی میزان جذب انرژی و مقاومت در برابر نفوذ شبه استاتیکی در بین نمونه های پانل ساندویچی کامپوزیتی با درصد های وزنی 0، 0.3، 0.7و 1.1 نانو گرافن و انتخاب بهترین نمونه در جذب انرژی می باشد. در ساخت پانل از نانو گرافن با خلوص 90% و قطر µm 10-5، تعداد 8 لایه الیاف بازالت با جرم واحد سطح 350 گرم بر متر مربع، هسته فوم از جنس پلی اورتان به ضخامت یک سانتی متر و با جرم حجمی80 کیلو بر سانتی‌مترمکعب، رزین و سخت کنندهEPR1080 استفاده شده است. نمونه‌ها با درصدهای وزنی 0، 0.3، 0.7و 1.1 نانوگرافن ساخته شده‌ اند. آزمایش با بارگذاریی با سرعت 8 میلیمتر بر دقیقه انجام شده است. از دیگر عوامل تاثیر گذار در این آزمایش می‌توان به ضخامت، جنس و دانسیته هسته فوم اشاره کرد. مطابق نتایج میزان جذب انرژی در پانل ساندویچی کامپوزیتی حاوی نانوگرافن بهبود میابد. این نتایج نشان می‌دهند که بهترین جذب انرژی و مقاومت در برابر نفوذ شبه استاتیکی، مربوط به نمونه‌ی حاوی 0.7% نانو گرافن می‌باشد. نمونه‌ها تحت آزمایش SEMقرار گرفته‌اند. مطابق تصاویر در نمونه با درصدوزنی 0.7 نانوگرافن، ساختار میکروسکوپی مناسب‌تری در مقایسه با سایر نمونه‌ها وجود دارد. نمونه با درصد وزنی 0.7 نانوگرافن بیشترین جذب انرژی را قبل از شکست و کمترین آسیب را بعد از نفوذ کامل دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

An Experimental Investigation of Quasi-Static Indentation on A Composite Sandwich Panel Made of Basalt Fiber Using Nano-Graphene

نویسندگان [English]

  • ahmadreza ghaderi 1
  • aazam ghassemi 2
  • mehdi Yarmohamad Toski 3

1 - Department of Mechanical Engineering, Islamic Azad University, Najafabad Branch, Najafabad, Iran

2 Modern Manufacturing Technologies Research Center, Islamic Azad University, Najafabad Branch, Najafabad, Iran

3 Department of Mechanical Engineering, Islamic Azad University, South Tehran Branch Tehran, Iran

چکیده [English]

In this paper, the effect of adding graphene particles to resin and the use of basalt fibers in composite sandwich panels on the quasi-static permeation response and energy absorption has been studied. In this study graphene with a 90% degree of purity, 8 layers of basalt fiber with a mass unit area of 350 g / m2, a polyurethane foam core of 1 cm thickness with a mass volume of 80 Kilograms per cubic meters, resin and EPR1080 hardener have been used. The samples of a mass percentage of 0, 0.3, 0.7, 1. graphene have been made. The quasi-static penetration test was performed on the samples by loading at a speed of 8 mm / min. The results of the quasi-static penetration test on the above samples show the improvement of performance in the composite sandwich panel containing graphene. The results show that the best performance is related to the 0.7% graphene sample. The samples are tested under SEM testing. The images of this experiment show that in a sample with 0.7% graphene, there is a better microscopic structure than other samples. The sample with 0.7% graphene has the highest energy absorption before the failure of the composite sandwich panel and the least damage after full penetration.

کلیدواژه‌ها [English]

  • basailt
  • fibers
  • graphene
  • static force
  • sandwich panel
مراجع
 
[1]     Dong J, Locquet A, Declercq NF and  Citrin DS, “Polarization-Resolved Tera Hertz Imaging of Intra and Inter-Laminar Damages in Hybrid Fiber-Reinforced Composite Laminate Subject to Low-Velocity Impact,”  Compos Part B-Eng,  Vol. 92 , pp.74-167, 2016.
[2]     Mosallam AS., “Structural Evaluation and Design Procedure for Wood Beams Repaired and Retrofitted with FRP Laminates and Honeycomb Sandwich Panels,” Compos PartB-Eng, Vol. 87, pp.196-213, 2016.
[3]     Scarponi C, Sarasini F, Tirillo J, Lampani L, Valente T and Gaudenzi P., “ Low-Velocity Impact Behaviour of Hemp Fibre Reinforced Bio-Based Epoxy Laminates,” Compos Part B-Eng, Vol. 91, pp.91-162, 2016.
[4]     Feng D and Aymerich F.,” Damage Prediction in Composite Sandwich Panels Subjected to Low-Velocity Impact,” Compos Part A- Appls, Vol. 52 , pp. 12-22, 2013.
[5]     Sadeghi, M. and Pol, M. H., “Experimental Investigation of the Effect Effective of Factors and Parameters on the Punch on the Properties of Quasi-Static Punching Shear the Glass/Epoxy C omposite”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 2, No. 4, pp. 13-22, 2016.
[6]     Li B, Li Z, Zhou J, Ye L, Li E.,” Damage Localization in Composite Lattice Truss Core Sandwich Structures based on Vibration Characteristics”,   Compos Struct, Vol. 126 , pp.34-51, 2015.
[7]     Tuwaira H, Hopkins M, Volz J, ElGawady M, Mohamede M, Chandrashekhara K, et al.,” Evaluation of Sandwich Panels With Various Polyurethane Foam-Cores and Ribs”,  Compos Part B-Eng, Vol. 79 , pp.76-262, 2015.
[8]     Yang P, Shams SS, Slay A, Brokate B, Elhajjar R.,” Evaluation of Temperature Effects on Low Velocity Impact Damage in Composite Sandwich Panels with Polymeric Foam Cores”,  Compos Struct, Vol. 129 , pp.23-213, 2015.
[9]     Montemurro M, Catapano A, Doroszewski D.,” A Multi-Scale Approach for the Simultaneous Shape and Material Optimisation of Sandwich Panels with Cellular Core”,  ComposPartB-Eng, Vol. 91 , pp.72-458, 2016.
[10]  Khosravi, H. Eslami-Farsani, R. and Ebrahimnezhad-Khaljiri, H., “An Experimental Study on Mechanical Properties of Epoxy/Basalt/Carbon Nanotube Composites under Tensile and Flexural Loadings”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 3, No. 2, pp. 187-194, 2016.
[11]  Wang J, Waas AM, Wang H. Experimental and Numerical Study on the Lowvelocity Impact Behavior of Foam-Core Sandwich Panels. Compos Struct, Vol. 96, pp.298-311, 2013.
[12]  Hua Y, Akula PK, Gu L.,” Experimental and Numerical Investigation of Carbon Fiber Sandwich Panels Subjected to Blast Loading”,  Compos Part B-Eng Vol. 56,  pp.63-456, 2014.
[13]  Roy R, Nguyen KH, Park YB, Kweon JH., Choi JH.,” Testing and Modeling of Nomex™ Honeycomb Sandwich Panels with Bolt Insert,”  Compos Part B-Eng, Vol. 56, pp.9-762, 2014.
[14]  Rafiee, M. A. Rafiee, J. Wang, Z. Song, H. Yu, Z. Z. and                                           Koratkar,N., "Enhanced Mechanical Properties of Nanocomposites at LowGraphene Content" ACS Nano, Vol. 3, No. 12, pp. 3884-3890, 2009.
[15]  Kabir K, Vodenitcharova T, Hoffman M.,” Response Alaluminium foam-cored sandwich panels to bending load”, Compos Part B-Eng, Vol. 64, pp.24-32, 2014.
[16]  Zhang G, Wang B, Ma L, Wu L, Pan S, Yang J.,” Energy Absorption and Low Velocity Impact Response of Polyurethane Foam Filled Pyramidal Lattice Core  Sandwich Panels”, Compos Struct, Vol. 108, pp.10-304, 2014.
[17]  Shokrieh, M. M. Zeinedini, A. Ghoreishi, S. M., "Effects of Adding Multiwall Carbon Nanotubes on Mechanical Properties of Epoxy Resin and Glass/Epoxy Laminated Composites", Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No.9,  pp. 125-133, 2015.
[18]  Abdi B, Azwan S, Abdullah MR, Ayob A, Yahya Y, Xin L.,” Flatwise Compression and Flexural Behavior of Foam Core and Polymer Pin-Reinforced Foam Core Composite Sandwich Panels”,  Int J Mech Sci, Vol. 88, pp.44-138,  2014.
[19]  Mathieson H, Fam A.,” High Cycle Fatigue under Reversed Bending of Sandwich Panels with GFRP Skins and Polyurethane Foam Core”, Compos Struct, Vol. 113, pp.9-31, 2014.
[20]  George T, Deshpande VS, Sharp KNG, Wadley H.,” Hybrid Core Carbon Fiber Composite Sandwich Panels: Fabrication and Mechanical Response”, Compos Struct, Vol. 108, pp.108-696, 2014.
[21]  Shokrieh, M. M. Zeinedini, A. Ghoreishi, S. M., "On the Mixed Mode I/II Delamination R-curve of E-Glass/epoxy Laminated Composites" Composite Structures, Vol. 171, pp. 19-31, 2017.
[22]  Liu J, Zhu X, Zhou Z, Wu L, Ma L.,” Effects of Thermal Exposure on Mechanical Behavior of Carbon Fiber Composite Pyramidal Truss Core Sandwich Panel”, ComposPartB-Eng, Vol. 60, pp.82-90,  2014
[23]  Avila F, Carvalho MG AR, Dias C, da Cruz D ETL.,” Nano-Structured Sandwich Composites Response to Low-Velocity Impact”, Compos Struct, Vol. 92, No. 3, pp.51-745,  2010.
[24]  Bidi, A. Liaghat, Gh. and Rahimi, Gh., “Effect of Nano Clay Addition to Energy Absorption Capacity of Steel-Polyurea Bi-layer”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 3, No. 2, pp. 157-164, 2016.
[25]  Sachse S, Poruri M, Silva F, Michalowski S, Pielichowski K, Njuguna J.,” Effect of Nanofillers on Low Energy Impact Performance of Sandwich Structures with Nanoreinforced Polyurethane foam Cores”,  J Sandw Struct Mater, Vol. 16(2), pp.94-173, 2014.
[26]  Kazemi khasrag, E. Siadati, M.H. and Eslami-Farsani, R., “Effect of Surface Modification of Graphene Nanoplatelets on the High Velocity Impact Behavior of Basalt Fibers Reinforced Polymer-Based Composites”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 5, No. 1, pp. 109, 116, 2018
 
علوم و فناوری کامپوزیت
دوره 6، شماره 1
خرداد 1398
صفحه 109-118
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار