علوم و فناوری کامپوزیت

علوم و فناوری کامپوزیت

مطالعه آزمایشگاهی رفتار ضربه سرعت بالا در سازه های ساندویچی با رویه های FML و هسته فوم ترکیبی تقویت شده با الیاف شیشه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دان شآموخت ه کارشناس یارشد، گروه مهندسی مکانیک، واحد لنج ان، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفها ن.
2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد لنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفها ن.
چکیده
در این پژوهش رفتار ضربه سرعت بالا در سازه‌های ساندویچی با رویه-های FML و هسته فوم ترکیبی تقویت شده با الیاف شیشه به صورت آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور، فوم ترکیبی با استفاده از رزین اپوکسی و میکروبالن‌های شیشه‌ای با درصدحجمی‌های 20%، 30% و 60% ساخته شده است. رویه‌های FML نیز در هر طرف از دو لایه کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه و یک لایه ورق آلومینیومی تشکیل شده است. علاوه بر این، یک سری نمونه تقویت شده با درصدحجمی 30% میکروبالن و %15 الیاف شیشه خرد‌شده نیز ساخته شده است. نمونه‌ها با استفاده از یک دستگاه تفنگ گازی تک مرحله‌ای و شلیک پرتابه سرمخروطی آلومینیومی، تحت آزمایش ضربه سرعت بالا قرار گرفته‌اند. از نتایج آزمایش‌های انجام شده برای بررسی اثر درصدحجمی میکروبالن و همچنین تقویت هسته فوم ترکیبی با الیاف شیشه بر پارامترهای رفتار ضربه سرعت بالا سازه شامل سرعت باقی‌مانده پرتابه، سرعت حد بالستیک و انرژی نفوذ سازه استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان داده است که با افزایش درصدحجمی میکروبالن از 20% تا 30% سرعت باقی‌مانده پرتابه کاهش و سرعت حد بالستیک و انرژی نفوذ سازه افزایش یافته در حالیکه با افزایش بیشتر درصدحجمی میکروبالن از 30% تا 60%، روند تغییرات برعکس شده است. همچنین نتایج به دست آمده نشان داده که تقویت هسته فوم ترکیبی با الیاف شیشه موجب بهبود قابل توجه رفتار ضربه سرعت بالای این سازه شده است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental study of high-velocity impact behavior of sandwich structures with FML skins and glass fiber reinforced syntactic foam core

نویسندگان English

Ehsan Noori Parkestani 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 research, the high-velocity impact behavior of sandwich structures with FML skins and glass fiber-reinforced syntactic foam core was conducted, experimentally. The syntactic foam was produced using epoxy resin and glass microballoon with 30%, 40%, and 60% volume fractions. The FML skins on each side of the cores comprised two layers of glass fiber-reinforced polymer composite (GFRP) and one aluminum layer sheet. In addition, a series of reinforced samples were created using 30% volume fraction of microballoon and 15% chopped glass fibers. The samples were subjected to high-velocity impact tests using a one-stage gas gun and a conical-head aluminum projectile. The results were used to investigate the effects of microballoon volume fraction and glass fiber-reinforced syntactic foam core on the high-velocity impact behavior of structures. The results showed that increasing the microballoon volume fraction from 20% to 30% decreased the projectile residual velocity and increased the ballistic limit velocity and penetration energy. Furthermore, reinforcing syntactic foam with glass fiber significantly affected the high-velocity impact behavior of the structure.

کلیدواژه‌ها English

Sandwich Structures
High-Velocity Impact Behavior
Glass Fiber Reinforced Syntactic Foam
FML Skin
[1] Safarabadi, M., Ashkani, P., & Ganjiani, S. M., “Finite Element Simulation of High Velocity Impact on Polymer Composite Plates”, Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 5, No. 2, pp. 157-168, 2018.
[2] Hoseinlaghab, S., Farahani, M., & Safarabadi, M., “Improving the Impact Resistance of the Multilayer Composites using Nanoparticles”, Mechanics Based Design of Structures and Machines, Vol. 51, No. 6, pp. 3083–3099, 2021.
[3] Hoseinlaghab, S., Farahani, M., Safarabadi, M., & Jalali, S. S, “Comparison and Identification of Efficient Nanoparticles to Improve the Impact Resistance of Glass/Epoxy Laminates: Experimental and Numerical Approaches”, Mechanics of Advanced Materials and Structures, Vol. 30, No. 4, pp. 694–709, 2022.
[4] Hosseinkhani, M., Ghavami, H., Haghighi-Yazdi, M., Mosavi Mashhadi, M., & Safarabadi, M., “Investigation of Viscoelastic Properties in Composite Sandwich Panels Subjected to Low-Velocity Impact: Experimental and Numerical Approaches”, Journal of Sandwich Structures & Materials, Vol. 25, No. 4, 2023.
[5] Khodaei, M., Safarabadi, M., Haghighi-Yazdi, M., & Farzannia, M. A., “On the Ballistic Impact Behavior of Foam-Filled Honeycomb Core/Composite Skin Sandwich Panels”, Journal of Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, Vol. 45, Article No. 244, 2023.
[6] Bibin, J., Reghunadhan Nair, C.P., “Handbook of Thermoset Plastics,” Third ed., William Andrew Publishing, pp. 511-554, 2014.
[7] 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.
[8] 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.
 
[9] Şerban, D.A., Weissenborn, O., Geller, S., Marşavina, L., Gude, M., “Evaluation of the Mechanical and Morphological Properties of Long Fibre Reinforced Polyurethane Rigid Foams”, Polymer Testing, Vol. 49, pp. 121-127, 2016.
[10] Okhawilai, M., Hiziroglu, S., Rimdusit, S., “Measurement of Ballistic Impact Performance of Fiber Reinforced Polybenzoxazine/Polyurethane Composites”, Measurement, Vol. 130, pp. 198-210, 2018.
[11] Mei, J., Liu, J., Zhang, M., Huang, W., “Experimental and Numerical Study on the Ballistic Impact Resistance of the CFRP Sandwich Panel with the X-frame Cores”, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 232, 107649, 2022.
[12] Sharei, A., Safarabadi, M., Mashhadi, M. M., Solut, R. S., & Haghighi-Yazdi, M., “Experimental and Numerical Investigation of Low Velocity Impact on Hybrid Short-Fiber Reinforced Foam Core Sandwich Panel”, Journal of Composite Materials, Vol. 55, No. 29, 2021.
[13] He, S., Carolan, D., Fergusson, A., Taylor, A.C., “Toughening epoxy syntactic foams with milled carbon fibres: Mechanical properties and toughening mechanisms”, Materials & Design, Vol. 169, 107654, 2019.
[14] Zhi, C., Long, H., & Sun, F., “Low-velocity impact properties and finite element analysis of syntactic foam reinforced by warp-knitted spacer fabric”, Textile research journal, Vol. 87, No. 16, pp. 1938-1952, 2017.
[15] 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.
[16] PMP Corporation, “Technical Data Sheet of Epoxy Resin ELR440,” https://www.pmpcompany.com, 2019.
[17] PMP Corporation, “Technical Data Sheet of Microballoon,” https://www.pmpcompany.com, 2019.
[18] Polyme Corporation “Physical and Mechanical Specification of Glass Fiber,” https://polyme.ir/product/fiberglass-woven-roving, 2022.
[19] parsianaluminum Corporation “Technical and Physical Specification of Aluminum sheet,” http://www.parsianaluminum.com, 2022.
[20] 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, 1255-1266, 2015
[21] 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