مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تخمین استحکام باقی‌مانده ساندویچ پانل‌های پلیمری الیاف شیشه– پلی‌استر با هسته فوم پلی‌اورتان به کمک‌ آکوستیک امیشن

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران
چکیده
امروزه کاربرد کامپوزیت‌های پایه پلیمری و ساندویچ پانل‌ها به‌علت وزن پایین‌تر و خواص مکانیکی بهتر نسبت به فلزات در صنایع مختلفی مانند خودروسازی و صنایع دریایی رو به افزایش است. تشخیص شروع شکست و بررسی مکانیزم شکست در کامپوزیت‌ها و به‌خصوص ساندویچ پانل‌ها از موارد به‌روز تحقیق است. در این پژوهش از روش آزمون غیرمخرب آکوستیک امیشن برای تخمین استحکام باقی‌مانده‌ ساندویچ پانل کامپوزیتی پلی‌استر/الیاف شیشه با فوم پلی‌اورتان با سه نوع لایه‌چینی مختلف استفاده شده‌ است. نمونه‌های ساندویچی تحت ضربه سرعت‌پایین در سه سطح انرژی مختلف قرار گرفته و سپس با استفاده از آزمون خمش سه‌نقطه‌ای استحکام خمشی آنها با بهره‌گیری از آکوستیک امیشن مورد ارزیابی قرار گرفته‌ است. با تحلیل همزمان داده‌های آکوستیک و نمودارهای نیرو- جابه‌جایی در آزمون خمش و ارتباط آنها، تخمین استحکام باقی‌مانده‌ای از ساندویچ پانل‌هایی که از ضربات با انرژی‌های مختلف دچار پیش‌آسیب شده‌اند، به‌ دست آمده ‌است. بدین منظور از انرژی انباشته آکوستیک حین خمش و تابع سنتری به‌دست‌آمده از نمودارهای نیرو- جابه‌جایی استفاده شده و با مقایسه با نمونه سالم و بدون پیش‌عیب صحه‌گذاری شده است. بررسی نتایج تجربی آزمون خمش ارتباط دقیق مابین داده‌های تابع سنتری به‌عنوان شاخص جدید استحکام باقی‌مانده و انرژی انباشته داده‌های آکوستیک که حاوی اثرات مکانیزم‌های مختلف شکست است را نشان ‌داد. در مقایسه با نمونه با لایه چینی ترکیبی عمود بر هم ۹۰درجه و زاویه‌دار ۴۵درجه با حداکثر پیش‌ضربه ۶۰ژول نسبت به نمونه بدون پیش‌آسیب، بیشترین اُفت استحکام معادل با ۲۷% را نشان‌ داد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Estimating the Residual Strength of Polyurethane Foam Core Sandwich Panels with Fiber Glass- Polyester Skin Using Acoustic Emission

نویسندگان English

A.M. Zakizadeh
S.R. Hamzeloo
A. Refahi Oskouei
Manufacturing Department, Mechanical Engineering Faculty, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
چکیده English

Today, application of polymeric composites and sandwich panels has increased in the industry due to their lower weight to volume ratio and also better mechanical properties in comparison with metals used in automotive and marine industries in diverse structures. Detection of failure initiation and examination of failure mechanism in composites, especially for sandwich, panels are state of art. In this research, the Acoustic Emission (AE), as a non-destructive testing method, was applied to estimate the residual strength of the polyester/glass fiber sandwich pannel with polyurethane foam with 3 different lay-up techniques. Sandwich panels were placed in 3 different energy levels under a low velocity impact and, then, with a three-point bending test, their bending strength was evaluated using the acoustic Emission. By simultaneously analyzing the acoustic data and examining the force-displacement diagrams obtained from the bending test and their correlation, the remained strength of the sandwich panels, priorly damaged by impacts of different energy levels, is estimated. For this purpose, the accumulated acoustic energy during bending and strain energy from the force-displacement diagrams have been used to calculate the recently presented Sentry function of pre-damaged samples to compare with a virgin case without previous defect. The results show that there is a direct relationship between Sentry function data as a new indicator of residual strength and accumulated energy of acoustic data that contains the effects of various failure mechanisms. In the largest destroyed sample with fiber layout of 90 and 45 degrees with respect to bending direction containing a maximum pre-impact of 60 Jules, the highest strength drop was up to 27% compared to the virgin sample.

کلیدواژه‌ها English

Acoustic emission
Sandwich Panel Composite
Remaining Strength
Pre-damage Impact
Bending
single-edge-notched laminated composites based on the high amplitude acoustic emission events. Composites Science and Technology. 2007;67(7-8):1451-1458. [Link] [DOI:10.1016/j.compscitech.2006.07.022]
Refahi Oskouei A, Ahmadi M. Acoustic emission characteristics of mode I delamination in glass/polyester composites. Journal of Composite Materials. 2010;44(7):793-807. [Link] [DOI:10.1177/0021998309349553]
Silversides I, Maslouhi A, Laplante G. Interlaminar fracture characterization in composite materials by using acoustic emission. 5th International Symposium on NDT in Aerospace, 13-15 November, 2013, Singapore. Singapore: Ultrasonics and Acoustics; 2013. [Link]
Zarif Karimi N, Heidary H, Ahmadi Najafabadi M, Rahimi A, Farajpur M. Study of residual tensile strength in drilled composite laminates by acoustic emission. Modares Mechanical Engineering. 2014;13(15):169-183. [Persian] [Link]
Ben Ammar I, Karra C, El Mahi A, El Guerjouma R, Haddar M. Mechanical behavior and acoustic emission technique for detecting damage in sandwich structures. Applied Acoustics. 2014;86:106-117. [Link] [DOI:10.1016/j.apacoust.2014.04.016]
Ahmadi Najafabadi M, Hosseini Toudeshky H, Sedighi M. Damage monitoring of aluminum sheet repaired with fiber metal laminate patch by acoustic emission. Modares Mechanical Engineering. 2016;16(2):1-9. [Persian] [Link]
Ahmadi Najafabadi M, Sedighi M, Salehi M, Hosseini Toudeshki H. Analysis and detection of failure in aluminum/E-glass prepreg interface with acoustic emission. Journal of Science and Technology of Composites. 2014;1(1):13-22. [Persian] [Link]
Saeedifar M, Ahmadi Najafabadi M, Hosseini H, Mohammadi R. Investigation of initiation and evolution of delamination in glass/epoxy laminated composites using acoustic emission method. AmirKabir Jounrnal of Science and Research Mechanical Engineering. 2017;48(4):153-156. [Persian] [Link]
Suresh Kumar C, Arumugam V, Santulli C. Characterization of indentation damage resistance of hybrid composite laminates using acoustic emission monitoring. Composites Part B Engineering. 2017;111:165-178. [Link] [DOI:10.1016/j.compositesb.2016.12.012]
Minak G, Zucchelli A. Damage evaluation and residual strength predivtion of CFRP laminates by means of acoustic emission techniques. In: Durand LP, Editor. Composite material research progress. New York: Nova Science Publishers; 2008. pp. 165-207. [Link]
Askeland DR, Fulay PP, Wright WJ. The Science and Engineering of Materials. 6th Edition. Stamford: Cengage Learning; 2010. pp. 292-293. [Link]
AzoM. E-Glass Fibre [Internet]. Manchester: AzoM; 2018 [cited 2018 Mar 18]. Available from: https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=764 [Link]