مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی پارامترهای تاثیرگذار بر رفتار لوله‌های کامپوزیتی شیشه/اپوکسی تحت بارگذاری ضربه‌ای محوری

نویسندگان
امید نجف زاده اصل 1
محمد حسین پل- 1
نبی اله رضایی 2
1 دانشگاه تفرش- تفرش
2 دانشگاه تفرش، تفرش، ایران
چکیده
لوله‌های کامپوزیتی در طول استقرار در محل یا کارکرد، ممکن است تحت بارهای ضربه‌ای قرار گیرند. با تعیین خواص ضربه‌ای لوله‌های کامپوزیتی و بهره‌گیری از آن‌ها در فرایند طراحی، صحت رفتار این سازه‌ها در شرایط بارگذاری ضربه‌ای تضمین می‌شود. در این پژوهش، رفتار لوله‌های کامپوزیتی شیشه/اپوکسی تحت بارگذاری دینامیکی محوری به صورت تجربی، بررسی شده است. همچنین تاثیر پارامترهایی نظیر چگالی الیاف، زاویه چیدمان الیاف، قطر داخلی لوله و انرژی ضربه بر میزان تخریب لوله‌ها نیز مورد مطالعه قرار گرفت. برای تهیه نمونه های کامپوزیتی از الیاف شیشه نوع E با دو چگالی متفاوت 200 gr⁄m^2 و 400 gr⁄m^2 استفاده شد. نمونه‌ها توسط یک فیکسچر، بر روی دستگاه سقوط وزنه دانشگاه تفرش قرار داده شدند و ضربه زن از ارتفاع 2 متری بر روی آن‌ها رها شد. نمودارهای نیرو-جابجایی برای هر آزمایش، استخراج و با یکدیگر مقایسه شدند. همچنین پارامتری به نام جذب انرژی ویژه، جهت مقایسه بهتر کارایی نمونه‌ها به عنوان انرژی ، برای نمونه‌های تمام آزمایش‌ها محاسبه شد. نتایج این پژوهش نشان داد که افزایش چگالی الیاف، تعداد لایه‌ها و قطر داخلی لوله، سبب افزایش انرژی جذب شده ویژه می‌شود. همچنین مشاهده شد که با افزایش انرژی ضربه دینامیکی محوری، خواص مکانیکی نمونه تغییر پیدا کرده و نمونه مستحکم‌تر خواهد شد.
کلیدواژه‌ها
لوله‌های کامپوزیتی
بارگذاری دینامیکی محوری
انرژی جذب شده ویژه
سقوط وزنه

موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental study on the parameters affecting behavior of glass/epoxy composite tubes under axial impact loading

نویسندگان English

omid Najafzade Asl 1
Mohammad Hossein Pol 1
Nabiollah Rezaei Golshan 2
1 mechanical engineering - Tafresh university.
2 Department of Mechanical Engineering, Tafresh University, Tafresh, Iran
چکیده English

Composite tubes may be subjected to impact loads during placement or operation. By determining the impact properties of composite tubes and using them in the design process, the accuracy of the behavior of these structures in the loading condition is guaranteed. In this study, the behavior of glass/epoxy composite tubes under dynamic axial loading was experimentally investigated. Also, the effects of parameters such as fiber density, fiber alignment angle, internal diameter of the tube and impact energy on the amount of pipe damage were also studied. To prepare composite specimens, E-type glass fiber was used with two different densities of 200 gr⁄m^2 and 400 gr⁄m^2 . The specimens were placed on a drop weight machine of Tafresh University by a fixture, and the Impactor was released from the height of 2 meters. The force -displacement diagrams for each test were extracted and compared with each other. Also, a parameter called specific energy absorption was calculated for all samples in order to compare the efficiency of the samples as energy absorber. The results of this study showed that increasing the fiber density, number of layers and diameter of the tube increases the specific energy absorption. It was also observed that with the increase of the axial dynamic impact energy, the mechanical properties of the specimen will be changed and the specimen will be firmly established.

کلیدواژه‌ها English

composite tubes
Dynamic loading
Specific energy absorption
drop weight
[1] G. A. O. Davies, R. Olsson, Impact on composite structures, The Aeronautical Journal, Vol. 108, No. 1089, pp. 541-563, 2004.
[2] M. M. Shokrieh, M. J. Omidi, The Impact resistance of fiber-reinforced polymer composites: A review, Iranian Journal of Polymer Science and Technology, Vol. 24, No. 4, pp. 255-277, 2011. (in Persian فارسی )
[3] S. Abrate, Impact on Composite Structures, Cambridge university press, First edition, pp. 32-40, New York, 2005.
[4] L. N. Chiu, B. G. Falzon, D. Ruan, S. Xu, R. S. Thomson, B. Chen, W. Yan, Crush responses of composite cylinder under quasi-static and dynamic loading, Composite Structures, Vol. 14, No. 131, pp. 90-98, 2015.
[5] M. Moeinifard, G. Liaghat, G. Rahimi, A. Talezadehlari, H. Hadavinia, Experimental investigation on the energy absorption and contact force of unstiffened and grid-stiffened composite cylindrical shells under lateral compression, Composite Structures, Vol. 31, No. 152, pp. 626-636, 2016.
[6] M. E. Deniz, M. Ozen, O. Ozdemir, R. Karakuzu, B. M. Icten, Environmental effect on fatigue life of glass–epoxy composite pipes subjected to impact loading, Composites Part B: Engineering, Vol. 25, No. 44(1), pp. 304-312, 2013.
[7] E. Mahdi, A. M. S. Hamouda, T. A. Sebaey, The effect of fiber orientation on the energy absorption capability of axially crushed composite tubes, Materials & Design, Vol. 56, No. 6, pp. 923-928, 2014.
[8] M. Kara, M. Uyaner, A. Avci, Repairing impact damaged fiber reinforced composite pipes by external wrapping with composite patches. Composite Structures, Vol. 123, No. 14, pp. 1-8, 2015.
[9] E. Mahdi, T. A. Sebaey. An experimental investigation into crushing behavior of radially stiffened GFRP composite tubes. Thin-Walled Structures, Vol. 76, No. 2, pp. 8-13, 2014.
[10] E. F. Abdewi, S. Sulaiman, A. M. S. Hamouda, E. Mahdi, Effect of geometry on the crushing behaviour of laminated corrugated composite tubes, Journal
of Materials Processing Technology, Vol. 172, No. 3, pp. 394-399, 2006.
[11] J. S. Kim, H. J Yoon, K. B. Shin, A study on crushing behaviors of composite circular tubes with different reinforcing fibers. International Journal of Impact Engineering, Vol. 38, No. 4, pp. 198-207, 2011.
[12] F. Taheri-Behrooz, R. A. Esmaeel, F. Taheri, Response of perforated composite tubes subjected to axial compressive loading, Thin-Walled Structures, Vol. 50, No. 1, pp. 174-181, 2012.
[13] W. Wang, M. N. Sheikh, M. N. Hadi, Behaviour of perforated GFRP tubes under axial compression, Thin-Walled Structures, Vol. 95, No. 7, pp. 88-100, 2015.
[14] Z. Ahmad, D. P. Thambiratnam, Crushing response of foam-filled conical tubes under quasi-static axial loading, Materials & Design, Vol. 30, No. 7, pp. 2393-2403, 2009.
[15] M. Sadeghi, M. H. Pol, Investigation of behaviors of glass/epoxy laminate composites reinforced with carbon nanotubes under quasi-static punch shear loading, Journal of Sandwich Structures & Materials, Vol. 136, No. 2 , pp. 124-136, 2017.
[16] M. Sadeghi, M. H. Pol, Experimental studies on the punch shear characterization of glass/epoxy/CNTs laminate nanocomposites. Polymer Composites, Vol. 114, No. 9 , pp. 16-27, 2017.
[17] E. M. Yeganeh, G. H. Liaghat, M. H. Pol, Laminate composites behavior under quasi-static and high velocity perforation, Steel and Composite Structures, Vol. 22, No. 4, pp. 777-796, 2016.
[18] X. Xiao, C. McGregor, R. Vaziri, A. Poursartip, Progress in braided composite tube crush simulation. International Journal of Impact Engineering, Vol. 36. No. 5, pp. 711-719, 2009.
[19] GL. Farley, Effect of crushing speed on energy absorption capability of
composite tubes, Journal of Composite Materials, Vol. 25, No. 9, pp. 1314–29, 1991.
[20] P. H. Thornton, R. Jeryan, Crash energy management in composite automotive structures, International Journal of Impact Engineering, Vol. 7, No. 14, pp. 167–80, 1988.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 4
مرداد 1397
صفحه 79-89