نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

3 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران

10.22068/jstc.2018.85643.1439

چکیده

مواد کامپوزیتی با زمینه ی پلیمری به طور گسترده ای در صنایع حمل و نقل، دریایی، عمرانی، نظامی و هوایی مورد استفاده قرار می گیرند. رزین های مورد استفاده در ساخت چندلایه های کامپوزیتی، خواص وابسته به زمان از خود نشان می دهند، از این رو بررسی خاصیت ویسکوالاستیک در این مواد در بسیاری از کاربردها ضروری به نظر می رسد. در این مقاله بر روی خاصیت ویسکوالاستیک چندلایه کامپوزیتی تقویت شده با الیاف بلند و وابستگی آن به زاویه الیاف مطالعه صورت می گیرد و یک برنامه تکمیلی برای تعریف ماده ارتوتروپیک با خاصیت ویسکوالاستیک در نرم افزار اجزاء محدود آباکوس ارائه می گردد. مطالعه به دو روش آزمایشگاهی و شبیه سازی عددی انجام گرفته که نتایج شبیه سازی عددی انطباق خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارند. در روش تجربی خاصیت ویسکوالاستیک با آزمون رهایی تنش در سه زاویه الیاف صفر، 45 و 90 درجه مشخصه سازی شده است. نتایج در نظر گرفتن خاصیت ویسکوالاستیک و عدم ایجاد آن در شبیه سازی آزمون رهایی تنش حاکی از آن است که در نظر نگرفتن این خاصیت در شبیه سازی عددی باعث به وجود آمدن خطا در نتایج شده که میزان این خطا در زاویه الیاف 90 درجه بیشترین و در زاویه الیاف صفر درجه کمترین است. نتایج نشان می دهد که میزان کاهش مدول رهایی تنش در زوایای الیاف صفر، 45 و 95 درجه در مدت زمان 150 دقیقه به ترتیب 5، 16 و 18 درصد مقدار اولیه می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Finite element modeling and experimental investigation of the effect of fiber orientation on viscoelastic behavior of composite laminates reinforced with long fibers

نویسندگان [English]

  • Milad Hosseinkhani 1
  • Mojtaba Haghighi-Yazdi 2
  • Mahmoud Mousavi-Mashhadi 3
  • Majid Safarabadi 2

1 Department of Mechanical Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran

2 Department of Mechanical Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran

3 Department of Mechanical Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran

چکیده [English]

Polymer matrix composite materials are widely used in transportation, marine, civil, martial and aero-space industries. Resins used in composite laminates have time-dependent properties making the investigation of this property on composite laminates inevitable. In this paper, the effect of fiber orientation on viscoelastic behavior of composite laminates reinforced with long fibers is studied and a subroutine code is developed for orthotropic materials with viscoelastic behavior in Abaqus. Both experimental and numerical methods are used and the obtained results show good agreement. In experimental tests stress relaxation tests are applied for three fiber orientations of 0, 45 and 90 degree. Results show that ignoring viscoelastic behavior in numerical simulation lead to erroneous, with maximum and minimum values at 90 and 0 degree, respectively. Also results show that decreasing of relaxation modulus in 150 minutes for 0, 45 and 90 degree fiber orientation are 5, 16 and 18 percentage of initial value, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite laminate
  • Viscoelastic behavior
  • Stress relaxation test
  • experimental method
  • FEM

 [1]  Khalili, S. M. R., Eslami Farsani, R., Dastmard, A., and Saeedi, A., “Experimental investigation of creep behavior in Phenolic based polymer composites” Journal of Science and Technology of Composite, Vol. 1, No. 2, pp. 37-42, 2015. (in Persianفارسی )

[2]   Rafiee, R. and Mazhari, B., “Modeling creep in long fiber       reinforced laminated composites using micromechanical rules”, In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 3, No. 4, pp. 409-418, 2017. (in Persianفارسی )

[3]   Ghasemi, A. R. and Hosseinpour, K., “The effects of fiber angle and temperature on the distribution of long-term stress and creep strain for unidirectional multilayer composite cylinder”,In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 3, No. 3, pp. 233-242, 2016. (in Persianفارسی )

[4]   Darvizeh, A., Ansari Khalkhali, R., Mahmoodi, M. J., and Hassanzadeh Aghdam, M. K., “Investigation of interphase effect on the non-linear viscoelastic behavior of multiphase polymer composites”, Modares Mechanical Engineering,Vol. 16, No. 1, pp. 181-191, 2016 (in Persianفارسی )

[5]   Obaid, N., Kortschot, M. T., and Sain, M., "Predicting the stress relaxation behavior of glass-fiber reinforced polypropylene composites", Composites Science and Technology, Vol. 161, No. 1, pp. 85-91, 2018.

[6]   Huang, B., Kim, H. S., Wang, J., Du, J., and Guo, Y., “Time-dependent stress variations in symmetrically viscoelastic composite laminates under uniaxial tensile load,” Composite Structures,Vol. 142, pp. 278–285, 2016.

[7]   Galuppi, L. and Royer-Carfagni,G., “Laminated beams with viscoelastic interlayer,” International Journal Solids and Structures, Vol. 49, pp. 2637–2645, 2012.

[8]   Yang, J., Xiong, J., Ma, L., Wang, B., Zhang, G., and Wu L., “Vibration and damping characteristics of hybrid carbon fiber composite pyramidal truss sandwich panels with viscoelastic layers,” Composite Part B Engineering, Vol. 106, pp. 570–580, 2013.

[9]   Balkan, D. and Mecitoǧlu, Z., “Nonlinear dynamic behavior of viscoelastic sandwich composite plates under non-uniform blast load: Theory and experiment,” Int. J. Impact Eng., Vol. 72, pp. 85–104, 2014.

[10] Joshi, N. and Muliana, A., “Deformation in viscoelastic sandwich composites subject to moisture diffusion,” Compos. Struct., Vol. 92, pp. 254–264, 2010.

[11] Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials, ASTM Standard D3039, 2002.

[12] Ebrahimi, B., “Numerical and experimental analisys of composite energy absorber with DLR section”, MSc dissertation, Mechanichal Engineering Department, Tarbiat Modares University, Tehran, 2017.

[13] Sun, C. T. and Chung, I., “An oblique end-tab design for testing   off-axis composite specimens”, Composites, Vol. 24, pp. 619–623, 1993.