نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

2 استادیار ، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

3 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

10.22068/jstc.2019.96806.1485

چکیده

از پانل‌های ساندویچی در سازه‌های مختلف هوافضا، کشتی، و غیره به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا، عایق صوتی و حرارتی و خواصی نظیر آنها استفاده می‌گردد. مطالعه بر روی مکانیزم شکست در کامپوزیت‌ها و به خصوص پانل‌های ساندویچی از موارد به روز مورد تحقیق می‌باشد. در این مقاله برای مطالعه مقاومت به ضربه و انواع عیوب ایجاد شده در پانل‌های ساندویچی کامپوزیتی شیشه/ پلی استر با فوم پلی اورتان با 3 نوع لایه چینی مختلف، از داده‌های روش آزمون غیر مخرب آکوستیک امیشن استفاده شده است. با تحلیل همزمان داده های آکوستیک و مطالعه نمودارهای نیرو-جابجایی و تصاویر چشمی نمونه ها پس از ضربه های متفاوت 20، 38 و 60 ژول، بررسی مکانیزمهای شکست ایجاد شده صورت گرفته‌است. بدین منظور نمودار نیروجابجایی و انرژی آکوستیک در هر حوزه فرکانسی در حین ضربه تفسیر شده و ارتباط آنها با انواع شکست رخ داده در نمونه‌ها، مکانیزم شکست رخ ‌داده ازقبیل شکست فاز زمینه پلی‌استر، الیاف، جدایش الیاف از فاز زمینه در این نوع پانل ساندویچی استخراج شده ‌است. همچنین با مطالعه نمودارهای نیروجابجایی و بررسی پارامترهای حداکثر نیروی واکنشی و میزان برگشت الاستیک در تایید نتایج داده‌های آکوستیک صحه گذاری صورت گرفته است. نتایج نشان داد که مقاومت ‌به ضربه لایه‌چینی متعامد از مابقی نمونه ها به مقدار حداقل 30 الی 40٪ در تمامی ضربه‌ها بیشتر بوده‌است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Damages Evaluation of low velocity impact on Glass/Polyester-foam sandwich panels using the Acoustic Technique

نویسندگان [English]

  • Amir Mohamad Zakizadeh 1
  • Amir Refahi Oskouei 2
  • Reza Hamzeloo 3

1 Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran

2 Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran

3 Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Nowadays increasing application of Sandwich panels in various structures as like as aerospace and ship is due to excellent high strength to weight ratio, sound insulation and thermal properties. The study of failure mechanism in composites and especially sandwich panels are investigated as cutting edge. In this research, the acoustic emission data of low velocity impact tests has been used to study the impact strength and various defects created in glass / polyester-polyurthane foam composite sandwich panels with 3 different types of Lay-up technique. The analysis of the acoustic data and the study of the force-displacement diagrams and the visual images of the specimens after the various impacts of 20, 38 and 60 J have been studied. For this purpose, the obtained force-displacement diagrams and acoustic energy in each frequency range during the impact tests are interpreted and their relation to the types of failure mechanism, such as matrix cracking, fiber breakage and debonding in this type of sandwich panel has been extracted. Also, by studying the force-displacement diagrams and investigating the maximum reaction force and elastic return strength, acoustic events in signals has been verified. The results showed that the impact resistance of the cross-ply lay-up was30 to 40% higher than other specimens in the all impact tests.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Acoustic emission
  • sandwich panel
  • Impact strength
  • failure mechanisms

[1]   Johnson, A. F.  and Holzapfel, M., “Modelling soft body impact on composite structures,” Composite Structures, Vol. 61,pp. 103-113, 2003.

[2]  Woo, S. C. and Choi, N. S., “Analysis of Fracture Process in Single-Edge-Notched Laminated Composites Based on the High Amplitude Acoustic Emission Events,” Composites Science and Technology, Vol. 67, pp. 1451-1458, 2007.

[3]  Deka, L. J. and Bartus, S. D.  and Vaidya, U. K., “Multi-site impact response of S2- glass/epoxy composite laminates,” Composites Science and Technology, Vol. 69, pp. 725-735, 2009

[4] Oskouei, A. and Ahmadi, M., “ Fracture Strength Distribution in E-Glass Fiber Using Acoustic Emission ,” Journal of Composite Materials, Vol . 44, No. 6, pp. 693-705, 2009

[5]   Fotouhi, M. and Heydari, H. and Ahmadi, M. and Pashmforoush, F., “Characterization of Composite Materials Damage Under Quasi-Static Three-Point Bending Test Using Wavelet and Fuzzy C-means Clustering” In Persion, Journal of Composite Materials, Vol. 46, pp. 1795-1808, 2012.

[6] Oskouei, A. Heidary, H. Ahmadi, M. and Farajpur, M., “Unsupervised acoustic emission data clustering for the analysis of damage mechanisms in glass/polyester composites,” Materials & Design, Vol. 37, pp. 416-422, 2012.

[7] Naderi, S. and Bushroa, A. R., “Low-velocity impact damage of woven fabric composites: Finite element simulation and experimental verification,” Materials & Design, Vol. 53, pp. 706-718, 2014.

[8]‌    Fotouhi, M. Ahmadi, M. and Hosseini Toudeshky, H., “Prediction of Delamination Growth in Laminated Composites Using Acoustic Emission and Cohesive Zone Modeling Techniques” Composite Structures, Vol. 124, pp. 120-127, 2015.

[9]  Roshanfar, M., “Analysis of the separation between the progressive layer in composite layers under the effect of repetitive load,” In Persion, MSc Thesis, Amir kabir University, Iran, 2015.

[10]   Refahi Oskouei, A. and Yousefi, J., “Characterization of residual strength in transversely loaded glasspolyester composites by acoustic emission and sentry function,” Materials Today, pp. 381-387, 2016.

[11] Saidane, E. H. Scida, D. Assarar, M. and Ayad, R., “Damag Mechanisms Assessment of Hybrid Flax-Glass Fiber Composites Using Acoustic Emission” Composite Structures, Vol. 175, pp. 1-11, 2017.

[12]  Ghasemi-Ghalebahman, A. and Sayyar, H.,‌ “Failure mechanisms       in open-hole laminated composites under tensile loading using acoustic emission,”In Persion, Composites Science and Technology, Vol. 5,  pp. 143-152, 2017.

[13] Refahi Oskouei, A. and Zakizadeh, A. and Hamzehloo, R., “Investigation Impact Behavior of Composite Sandwich Panels Foam-Glass/Polyester Using Acoustic Emission,” In Persian, 3rd International Conference on Mechanical & Aerospace Engineering, 2018.

[14] Standard Test Method for Primary Calibration of Acoustic Emission Sensors, Annual Book of ASTM Standard, 2017.

[15]  R.K. Miller and P. Mcintire, “Handbook of Nondestructive testing,” 2‌nd Edition, Vol.5 , Acoustic Emission, American Society for Nondestructive Testing, 1987

 [16] Oskouei, A. and Ahmadi, M., “Acoustic emission characteristics of mode I delamination in glass/polyester composites,” Journal of Composite Materials, Vol. 44, No. 7, pp. 793-807, 2010.