علوم و فناوری کامپوزیت

علوم و فناوری کامپوزیت

بررسی آزمایشگاهی خواص بالستیک سازه های ساندویچی با رویه های کامپوزیتی فلز-فایبر و هسته فوم ترکیبی تقویت شده با نانولوله های کربنی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، واحد لنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفها ن.
2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد لنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفها ن.
چکیده
در این مقاله خواص بالستیک سازه-های ساندویچی با رویه‌های کامپوزیتی فلز-‌فایبر و هسته فوم ترکیبی تقویت شده با نانولوله‌های کربنی به صورت آزمایشگاهی بررسی شده است. برای ساخت فوم ترکیبی از رزین اپوکسی و میکروبالن‌های شیشه‌ای با کسرحجمی %30، %40 و %55 استفاده شده است. علاوه بر این، یک سری نمونه تقویت شده با کسرحجمی %40 میکروبالن و %4 نانولوله کربنی چند جداره نیز ساخته شده است. رویه‌های کامپوزیتی فلز-فایبر نیز در هر طرف از یک لایه آلومینیوم و دو لایه کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه تشکیل شده است. سازه‌ها با استفاده از دستگاه تفنگ گازی و پرتابه سرمخروطی تحت آزمایش ضربه سرعت بالا قرار گرفته‌اند. از نتایج این آزمایش‌ها برای بررسی اثر کسرحجمی میکروبالن و تقویت هسته فوم ترکیبی با نانولوله کربنی بر پارامترهای رفتار بالستیک سازه از جمله سرعت باقیمانده پرتابه، سرعت حد بالستیک و انرژی نفوذ سازه استفاده شده است. نتایج نشان داده است که افزایش کسرحجمی میکروبالن تا %40 موجب کاهش سرعت باقیمانده پرتابه و افزایش سرعت حد بالستیک و انرژی نفوذ سازه می‌شود. در حالیکه با افزایش بیشتر کسرحجمی میکروبالن، این اثر معکوس شده است. همچنین نتایج به دست آمده نشان دهنده تأثیر قابل توجه تقویت هسته فوم ترکیبی با نانولوله‌های کربنی بر خواص بالستیک این سازه بوده است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental investigation of ballistic properties of sandwich structures with syntactic foam core and fiber-metal laminate skins

نویسندگان English

Mahmoud Khashei Varnamkhasti 1
Ehsan Ahmadi 2
1 Department of Mechanical Engineering, Islamic Azad University, Lanjan Branch, Iran.
2 Department of Mechanical Engineering, Islamic Azad University, Lanjan Branch, Iran.
چکیده English

In this paper, an experimental investigation was conducted to study the ballistic properties of sandwich structures with fiber-metal laminate skins and reinforced syntactic foam core with carbon nanotubes. The syntactic foam was produced using epoxy resin and glass microballoon with volume fractions of 30%, 40%, and 55%. In addition, a series of reinforced samples was created using 40% volume fraction of microballoon and 4% multi-walled carbon nanotubes. The composite fiber-metal laminate skins on each side of the cores were made of one aluminum layer sheet and two layers of glass fiber reinforced polymer composite (GFRP). The structures were subjected to high-velocity impact tests using a gas gun and a conical head projectile. The results were analyzed to determine the effects of microballoon volume fraction and carbon nanotubes reinforced foam on the ballistic behavior of sandwich structures. The experiments showed that increasing microballoon volume fraction up to 40% decreased the projectile residual velocity and increased the ballistic limit velocity and penetration energy. Furthermore, reinforcing syntactic foam with carbon nanotubes significantly affected the ballistic properties of the structure.

کلیدواژه‌ها English

Reinforced syntactic foam
Ballistic properties
High-speed impact
Carbon nanotube
Fiber-Metal laminate skin
[1] Heidari Shahmaleki, E., Zeinoldini, A., “Application of cotton/epoxy laminated composites to fabricate the uni- and bi-‎directional cosine corrugated cores sandwich panels,” In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 7, No. 2,pp. 863-872, 2020.
[2] Bibin, J., Reghunadhan Nair, C.P., “Handbook of Thermoset Plastics,” Third ed., William Andrew Publishing, pp. 511-554, 2014.
[3] Abrate, S. Ballistic impact on composites. in 16th international conference oncomposite" materials, Kyoto, Japan. 2007.
[4] Ahmadi, E., Fesharaki, J.J., Atrian, A., Montazerolghaem, H., Saberi, S., “Investigation of Penetration Behavior of Sandwich Structures with Fiber-metal Laminate Skins and Syntactic Foam Core,” Fibers and Polymers, Vol. 22, No. 10, pp. 2846–2860, 2021.
[5] Ahmadi, E., Atrian, A., Fesharaki, J.J., Montazerolghaem, H., Saberi, S., “Experimental and Numerical Assessment of High-Velocity Impact Behavior of Syntactic Foam Core Sandwich Structures,” European Journal of Mechanics - A/Solids, Vol. 90, 104355, 2021.
[6] Fengling, B., Jie, W., Jun, W., Shaohua, Z., Xinghong, G., “Static and Impact Responses of Syntactic Foam Composites Reinforced by Multi-Walled Carbon Nanotubes,” Journal of Materials Research and Technology, Vol. 9, No, 6, pp. 12391-12403, 2020.
[7] Anirudh, S., Jayalakshmi, C.G., Anand, A., Kandasubramanian, B., Ismail, S., “Epoxy/Hollow Glass Microsphere Syntactic Foams for Structural and Functional Application-A review,” European Polymer Journal, Vol. 171, 111163, 2022.
[8] Bashiri Goodarzi, H., Tooski, M.Y., “An Experimental Study of the Effect of Adding Carbon Nanotubes and Graphene Sheets on the Impact Strength of Epoxy/Basalt Fiber Composite,” In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 6, No. 3, pp. 411-418, 2019.
[9] Bavafa Bigdiloo, M., Eslami-Farsani, R., Ebrahimnezhad-khaljiri, H., “The Effect of Carbon Nanotubes on High velocity Impact Behavior of Hybrid Kevlar-ultrahigh molecular weight polyethylene fibers composite with interlayer configuration,” In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 6, No. 4, pp. 533-540, 2020.
[10] Esaklul, K.A., Mason, J., “27-Nonmetallics Applications in Oil and Gas Production (Pipes, Liners, Rehabilitations),” Editor: El-Sherik, A.M., Trends in Oil and Gas Corrosion Research and Technologies, Woodhead Publishing Series in Energy, pp. 627-660, 2017.
[11] Ahmadi, H., Liaghat, Gh., Chitsaz Charandabi, S., “High Velocity Impact on Composite Sandwich Panels with Nano-Reinforced Syntactic Foam Core,” Thin-Walled Structures, Vol. 148, 106599 2020.
 [12] Khodadadi. A., Liaghat, Gh., Ahmadi, H., Bahramian, A.R., Shahgholian, D., Anani, Y., Asemani, S., “Experimental and Numerical Analysis of High Velocity Impact on Kevlar/Epoxy Composite Plates,” In Persian, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 6, No. 2, pp. 265-274, 2019.
 [13] “Technical Data Sheet of Epoxy Resin ELR440,” https://www.pmpcompany.com, PMP Corporation, 2019.
 [14] “Technical Data Sheet of Microballoon,” https://www.pmpcompany.com, PMP Corporation, 2019.
[15] “Physical Specification of Multi-Walled Carbon Nanotubes,” https://www.pmpcompany.com, PMP Corporation, 2019.
[16] “Components of Multi-Walled Carbon Nanotubes,” https://www.us-nano.com, 2022.
[17] “Mechanical Specification of Glass Fiber,” https://polyme.ir/product/fiberglass-woven-roving, 2022.
[18] “Technical and Physical Specification of Aluminum sheet,” http://www.parsianaluminum.com, 2022.
[19] Ahmadi H, Liaghat G, Shokrieh M, Hadavinia H, Ordys A, Aboutorabi A., “Quasi-Static and Dynamic Compressive Properties of Ceramic Microballoon Filled Syntactic Foam”, Journal of Composite Materials, Vol. 49, No. 10, pp. 1255-1266, 2015.
[20] Peng, R., Qiangqiang, T., Liangliang, Y., Yijiang, M., Jie, W., Wei, Z., Zhongcheng, M., Zitao, G., Zhe, Z., “High-Velocity Impact Response of Metallic Sandwich Structures with PVC Foam Core,” International Journal of Impact Engineering, Vol. 144, 103657, 2020.
[21] Rahmani, K., Alitavoli, M., Darvizeh, A., “Experimental Study on the Effect of Adding Multi-Walled Carbon Nanotubes on the Ballistic Limit of Fibers Metal Laminates,”. Aerospace Mechanics, Vol. 19, No. 4, pp. 27-39, 2023.