مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی آزمایشگاهی جذب انرژی در چند لایه های فلز- الیاف شیشه تقویت‌شده با نانولوله های کربنی تحت ضربه سرعت پایین

نویسندگان
1 دانشگاه زنجان
2 دانشیار - معاون پژوهشی دانشگاه زنجان
چکیده
آسیب در برابر ضربه، یکی از مهم‌ترین انواع آسیب‌ها در سازه‌های هوایی است که می‌تواند به‌دلایل مختلفی به‌وجود آید. از آن جمله می‌توان به ضربه‌های سرعت پایین مانند سقوط ابزار حین تعمیر و نگه‌داری اشاره نمود. با ترکیب آلیاژهای آلومینیوم با کامپوزیت‌ها سازه‌هایی به‌دست می‌آیند که ضمن داشتن وزن سبک‌تر، نسبت به آلیاژ یک‌پارچه آلومینیوم، مقاومت در برابر آتش و خواص خستگی بهتری دارند. این سازه‌ها که چندلایه‌های فلز – الیاف نامیده می‌شوند، به‌عنوان جایگزین مناسب برای آلومینیوم یک‌پارچه در سازه‌های هوافضا مطرح شده‌اند. در این پژوهش مقاومت در برابر ضربه سرعت پایین شارپی در چندلایه فلز – الیاف شیشه (گلار)، که توسط نانولوله‌های کربنی با درصدهای مختلف 0.1، 0.2، 0.3 و 0.5 تقویت‌شده‌اند، مورد بررسی قرار گرفته است. در این مطالعه، از روش آندایز برای آماده‌سازی سطح آلومینیوم استفاده شده است. نتایج حاصل از این بررسی نشان داد که با اضافه کردن نانولوله‌های کربنی چنددیواره به گلارها، جذب انرژی ضربه شارپی افزایش می‌یابد. بررسی‌ها نشان داد که بیشترین تقویت به‌ازای 0.3 درصد نانولوله کربنی و به میزان 14.36 درصد اتفاق می‌افتد. همچنین مقادیر مختلف نانولوله کربنی سبب ایجاد مدهای شکست متفاوت در سازه می-شود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

An experimental investigation of energy absorption in GLARE fiber metal laminates reinforced by CNTs under low velocity impact

نویسندگان English

Parviz Ghasemi 1
Omid Rahmani 2
1 University of Zanjan
2 Mechanical Engineering/ Zanjan/Iran
چکیده English

Impact damage is one of the most important failure types for aircraft structures, which can come from variety of reasons. Such impacts can realistically be predictable for the duration of the life of the aerospace structure and can cause internal damage that is often challenging to identify and can produce rigorous drops in the strength and stability of the structure. By combination of monolithic Aluminum alloys with composites, structures will be achieved that has weight lighter than monolithic aluminum alloys and better fire and fatigue resistance. These structures, that called fiber metal laminates, are developed as a suitable alternative to monolithic aluminum in aerospace structures. In this research, impact resistance of multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) /glass aluminum reinforced laminates (GLAREs) is investigated at variety concentrations of 0.1, 0.2, 0.3 and 0.5 wt% of MWNTs. Here, anodizing method is used for preparation of aluminum surface. The results showed that by adding MWNTs to GLAREs, energy dissipation is increased in charpy impact test. Investigation showed maximum energy dissipation at 14.36% in 0.3 wt% of CNTs. Also different fracture modes observed for different concentration of carbon nanotubes.

کلیدواژه‌ها English

Charpy Impact
Fiber metal laminate
Glare
Carbon nanotube
AL 2024-T3
[1] R. Alderliesten, J. Homan, Fatigue and damage tolerance issues of Glare in aircraft structures. International Journal of Fatigue, Vol. 28, No. 10, pp. 1116-1123, 2006.
[2] A. Vlot, Glare: history of the development of a new aircraft material. pp 100-110, Berlin: Springer Science & Business Media, 2001.
[3] G. Wu, J.M. Yang, The mechanical behavior of GLARE laminates for aircraft structures. Jom, Vol. 57, No. 1, pp. 72-79, 2005.
[4] T. De Vries, A. Vlot, F. Hashagen, Delamination behavior of spliced fiber metal laminates. Part 1. Experimental results. Composite structures, Vol. 46, No 2, pp. 131-145, 1999.
[5] A. Vlot, L. Vogelesang, T. De Vries, Towards application of fibre metal laminates in large aircraft. Aircraft Engineering and Aerospace Technology, Vol.71, No. 6, pp. 558-570, 1999.
[6] A. Vlot, Impact properties of Fibre Metal Laminates. Composites Engineering, Vol. 3, No. 10, pp. 911-927, 1993.
[7] A. Vlot, M. Krull, Impact damage resistance of various fibre metal laminates. Le Journal de Physique IV, Vol. 7, No. 3, pp. 1045- 1050, 1997.
[8] A. Seyed Yaghoubi, Y. Liu, B. Liaw, Stacking sequence and geometrical effects on low-velocity impact behaviors of GLARE 5 (3/2) fiber–metal laminates. Journal of thermoplastic composite materials, Vol. 25, No 2, pp. 223-247, 2012.
[9] F. Moriniere, R. Alderliesten, R. Benedictus, Development of fibre-metal laminates for improved impact performance. The European Physical Journal-Special Topics, Vol. 206, No. 1, pp. 79-88, 2012.
[10] M. Sadighi, S. Dariushi. An experimental Study on Impact Behavior of Fiber/Metal Laminates, Iranian Journal of Polymer Science and Technology, Vol. 21, No. 4, pp.315-327, 2008. (in Persianفارسی )
[11] M. Sadishi, M. Tajdari, S. Dariushi, An Investigation on Tensile Properties of Glass Fiber/Aluminium Laminates, Iranian Journal of Polymer Science and Technology, Vol. 22, No. 1, pp. 31-39, 2009. (in Persianفارسی )
[12] A. Rajabi, M. Kadkhodayan, Experimental Investigation of the Advantages of FMLs Compared to Metal and Composite Plates, Proceedings of The 10th Conference of Iranian Aerospace Society, Tehran, Iran, March 1-3, 2011. (in Persianفارسی )
[13] D. Alhazov, E. Zussman, Study of the energy absorption capabilities of laminated glass using carbon nanotubes. Composites Science and Technology, Vol. 72, No. 6, pp. 681-687, 2012.
[14] J. Suhr, N.A. Koratkar, Energy dissipation in carbon nanotube composites: a review. Journal of Materials Science, Vol. 43, No. 13, pp. 4370-4382, 2008.
[15] L.C. Tang, H. Zhang, X.P. Wu, Z. Zhang, A novel failure analysis of multi-walled carbon nanotubes in epoxy matrix. Polymer,Vol. 52, No. 9, pp. 2070-2074, 2011.
[16] H. Zhang, ,S.W. Gn, J. An, Y. Xiang, J.L. Yang, Impact behaviour of GLAREs with MWCNT modified epoxy resins. Experimental Mechanics, Vol. 54, No. 1, pp. 83-93, 2014.
[17] M. Masoudi, G.H. Liaghat, M.H. Pol, Effects of nanoclay on the ballistic behavior of GLARE - Experimental and numerical investigation, Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 7, pp. 43-51, 2014. (in Persianفارسی )
[18] M.M. Shokrieh, A. Zeinedini, S.M. Ghoreishi, Effects of adding multiwall carbon nanotubes on mechanical properties of Epoxy resin and Glass/Epoxy laminated composites, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 9, pp. 125-133, 2015. (in Persianفارسی )
[19] A. Ramezani Parsa, R. Eslami Farsani, Influence of pre strain shape memory alloy wire on impact properties of smart fibers metal composite, Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 4, pp. 322-330, 2017. (in Persianفارسی )
[20] M. Khansari, H. Khodarahmi, A. Vaziri, Experimental study of ballistic properties of hybrid aluminum and epoxy matrix composite reinforced with carbon nanotube, Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 8, pp. 126-132, 2017. (in Persianفارسی )
[21] E. Kaboudvand, R.E. Farsani, H. Khosravi, Influence of MWCNTs on tensile behavier of fiber metal laminates, Proceedings of The 1st International Conference on Mechanical and Aerospace Engineering, Tehran, Iran, April 14, 2016. (in Persianفارسی )
[22] E. Kaboudvand, R.E. Farsani, H. Khosravi, Influence of MWCNTs on Flexural behavier of fiber metal laminates, Proceedings of The 2th International Conference on New Ressearch achievements in Mechanics, Industrial and Aerospace Engineering, Tehran, Iran, October 7, 2016. (in Persianفارسی )