علوم و فناوری کامپوزیت

علوم و فناوری کامپوزیت

بررسی آزمایشگاهی رفتار خمشی سازه ساندویچی با رویه کامپوزیتی تقویت شده با نانولوله کربنی و هسته هیبریدی پلیمری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه خوارزمی، تهران.
2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه خوارزمی، تهران.
چکیده
امروزه استفاده از سازه‌های کامپوزیتی در صنایع هوافضا، خودروسازی و ساختمان‌سازی به‌طور چشمگیری گسترش یافته و توسعه ساندویچ‌پنل‌های جدید با کاربردهای متنوع سرعت گرفته است. در این پژوهش، پنل ساندویچی سبک با رویه کامپوزیتی الیاف شیشه تقویت‌شده با نانولوله‌های کربنی با 3/0درصد وزنی نسبت به رزین و هسته هیبریدی بر پایه فوم‌های XPS و PU طراحی و ساخته شد. برای ارتقای انتقال بار و پایداری برشی هسته، از میلگردهای GFRP به‌عنوان تقویت‌کننده داخلی استفاده شده‌است. فرآیند ساخت شامل مخلوط‌کردن نانولوله در رزین، لایه‌چینی دستی و پرس سرد می‌باشد. هسته‌ها با ترتیب‌های مختلف و توسط چسب PVA به رویه‌ها متصل شدند. آزمون خمش سه‌نقطه مطابق استاندارد ASTM C393 انجام گرفت و بار بیشینه، سختی اولیه، جابجایی شکست، انرژی کل و انرژی ویژه (SEA) استخراج شد. نتایج نشان داد افزودن نانولوله‌ها با بهبود چسبندگی و افزایش مدول مؤثر، سختی، بار بیشینه و سهم انرژی پلاستیک را به‌طور معناداری افزایش می‌دهد. در برخی ترکیب‌های حاوی نانولوله، بار بیشینه به 700–1000 نیوتن، انرژی جذب به بیش از 20 ژول و جابجایی شکست به حدود 50 میلی‌متر رسید. مقایسه هسته‌های یکنواخت نشان داد هسته XPS سختی بالاتری دارد، درحالی‌که PU شکل‌پذیری بیشتری ایجاد می‌کند. در هسته‌های هیبریدی، XPX به‌دلیل حضور XPS در بیرون، سختی و SEA بالاتری داشت، درحالی‌که PXP با PU در لایه خارجی، انرژی کل و جابجایی شکست بیشتری نشان داد. در مجموع، ترکیب بهینه هسته و رویه‌های تقویت‌شده با نانولوله می‌تواند هم‌زمان مقاومت خمشی، جذب انرژی و شکل‌پذیری را ارتقا داده و مسیری ساده و مقیاس‌پذیر برای تولید پنل‌های سبک ارائه کند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental Investigation of the Flexural Behavior of Sandwich Structures with Carbon Nanotube-Reinforced Composite Faces and Polymeric Hybrid Core

نویسندگان English

Ali Bensaeed 1
Seyed Ali Mousavi 1
Hassan Shokrollahi 2
Hadi Sabouri 2
1 Department of Mechanical Engineering, Kharazmi University, Tehran.
2 Department of Mechanical Engineering, Kharazmi University, Tehran.
چکیده English

The application of composite structures has rapidly expanded in aerospace, automotive, and construction industries, accelerating the development of advanced sandwich panels with diverse applications. In this study, a lightweight sandwich panel was designed and fabricated, consisting of glass fiber–reinforced composite faces reinforced with 0.3 wt% carbon nanotubes and a hybrid polymeric core based on XPS and PU foams. To enhance load transfer and core shear stability, internal GFRP rods were employed as reinforcements. The fabrication process included CNT dispersion in resin, hand lay-up, and cold pressing. The cores were assembled in different sequences and bonded to the facesheets using PVA adhesive. Three-point bending tests were performed in accordance with ASTM C393, and parameters such as peak load, initial stiffness, failure displacement, total absorbed energy, and specific energy absorption (SEA) were evaluated. Results demonstrated that CNT incorporation significantly improved interfacial adhesion and effective modulus, leading to increased stiffness, peak load, and energy contribution. In CNT-containing configurations, peak load reached 700–1000 N, absorbed energy exceeded 20 J, and failure displacement was approximately 50 mm. Comparison of uniform cores revealed that XPS provided higher stiffness, while PU offered greater ductility and final displacement. In hybrid cores, the XPX arrangement (XPS in outer layers) achieved higher stiffness and SEA, whereas the PXP configuration (PU in outer layers) resulted in greater total energy absorption and failure displacement. Overall, optimizing core architecture combined with CNT-reinforced facesheets can simultaneously enhance flexural strength, energy absorption, and ductility, providing a simple and scalable pathway for producing lightweight panels.

کلیدواژه‌ها English

Sandwich Panels
CNTs
Hybrid Core
GFRP