بررسی تاثیرات جهت گیری الیاف و هندسه مقطع بر ظرفیت جاذب های کامپوزیتی کربن/اپوکسی

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران

چکیده

در این مقاله، یک مطالعه عددی روی فروریزش و جذب انرژی جاذب‌ هایی کامپوزیتی کربن/اپوکسی با مقاطع هندسی مختلف شامل دایره، مربع و هشت ‌‌ضلعی در جهت‌ گیری ‌های صفر، 30، 45، 60 و 90 درجة الیاف با استفاده از نرم ‌افزار آباکوس صورت می گیرد. به ­منظور اعتبارسنجی و اطمینان از صحت شبیه‌ سازی انجام شده نتایج حاصل از این شبیه ‌سازی‌ها با نتایج تجربی محققان پیشین مقایسه می شود. نتایج نشان می‌ دهد که جهت‌ گیری غیر صفر درجه الیاف باعث ایجاد پیچش، تغییر توزیع تنش و افت پایداری هندسی می ‌شود. همچنین نتایج نشان می ‌دهد که مقطع دایره شکل از بین مقاطع معرفی شده، دارای بالاترین ظرفیت جذب انرژی است. نتایج نشان می ­دهد که جهت ‌گیری الیاف به طور مستقیم در نحوه فروریزش پوسته ‌های کامپوزیتی اثر گذار است. رفتار جاذب در جهت ‌گیری صفر درجه الیاف مشابه رفتار مواد نرم (همراه با لهیدگی و چین‌خوردگی) می‌ باشد. در جهت ‌گیری 90 درجه، الیاف هم راستا با محور پوسته کامپوزیتی هستند و فروریزش شباهت بیشتری به رفتار مواد ترد (خردشدگی و شکست) پیدا می کند. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] M. Tauhiduzzaman, I. Hafez, D. Bousfield, and M. Tajvidi, "Multiscale modeling of lignocellulosic foams under compression," Materials & Design, vol. 225, p. 111471, 2023/01/01/ 2023. doi: 10.1016/j.matdes.2022.111471.
 
[2] M. J. Donough, B. G. Prusty, M. J. Van Donselaar, E. V. Morozov, H. Wang, P. J. Hazell, et al., "In-Plane and Oblique Edge-on Impact on Thick Glass-Fibre/Epoxy Composite Laminates," International Journal of Impact Engineering, vol. 171, p. 104373, 2023/01/01/ 2023. doi: 10.1016/j.ijimpeng.2022.104373.
 
[3] Ö. Adanur and F. Varol, "Investigation of the effect of friction force on the energy absorption characteristics of thin-walled structures loaded with axial impact force," Materials Today Communications, vol. 36, p. 106420, 2023/08/01/ 2023. doi: 10.1016/j.mtcomm.2023.106420.
 
[4] R. Jazaei, M. Karakouzian, B. O'Toole, J. Moon, and S. Gharehdaghi, "Energy dissipation capacity of cementitious nanocomposite reinforced by hybrid carbon nanotubes," Construction and Building Materials, vol. 323, p. 126396, 2022/03/14/ 2022. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.126396.
 
[5] N. Karunagaran, G. Bharathiraja, A. Muniappan, and K. Yoganandam, "Energy absorption and damage behaviour of surface treated glass fibre/stainless steel wire mesh reinforced hybrid composites," Materials Today: Proceedings, vol. 22, pp. 1078-1084, 2020/01/01/ 2020. doi: 10.1016/j.matpr.2019.11.305.
[6] B. C. Cihan Yilmaz, E. Binbir, C. Guzelbulut, H. Yildirim, and O. C. Celik, "Circular concrete-filled double skin steel tubes under concentric compression: Tests and FEA parametric study," Composite Structures, vol. 309, p. 116765, 2023/04/01/ 2023. doi: 10.1016/j.compstruct.2023.116765.
 
[7] R. A. Alia, W. J. Cantwell, G. S. Langdon, S. C. K. Yuen, and G. N. Nurick, "The energy-absorbing characteristics of composite tube-reinforced foam structures," Composites Part B: Engineering, vol. 61, pp. 127-135, 2014/05/01/ 2014. doi: 10.1016/j.compositesb.2014.01.018.
 
[8] A. G. Mamalis, D. E. Manolakos, M. B. Ioannidis, and D. P. Papapostolou, "The static and dynamic axial collapse of CFRP square tubes: Finite element modelling," Composite Structures, vol. 74, pp. 213-225, 2006/07/01/ 2006. doi: 10.1016/j.compstruct.2005.04.006.
 
 [9]          M. David and A. F. Johnson, "Effect of strain rate on the failure mechanisms and energy absorption in polymer composite elements under axial loading," Composite Structures, vol. 122, pp. 430-439, 2015/04/01/ 2015. doi: 10.1016/j.compstruct.2014.11.010.
 
[10]         F. Alkhatib, E. Mahdi, and A. Dean, "Development of composite double-hat energy absorber device subjected to traverser loads," Composite Structures, vol. 240, p. 112046, 2020/05/15/ 2020. doi: 10.1016/j.compstruct.2020.112046.
 
[11]         S. Chen, A. M. Joesbury, F. Yu, L. T. Harper, and N. A. Warrior, "Optimisation of intra-ply stitch removal for improved formability of biaxial non- crimp fabrics," Composites Part B: Engineering, vol. 229, p. 109464, 2022/01/15/ 2022. doi: 10.1016/j.compositesb.2021.109464.
 
[12]         W. Barnat, P. Dziewulski, T. Niezgoda, and R. Panowicz, "Application of composites to impact energy absorption," Computational Materials Science, vol. 50, pp. 1233-1237, 2011/02/01/ 2011. doi: 10.1016/j.commatsci.2010.05.030.
 
[13]         M. Braun, I. Iváñez, and M. P. Ariza, "A numerical study of progressive damage in unidirectional composite materials using a 2D lattice model," Engineering Fracture Mechanics, vol. 249, p. 107767, 2021/05/15/ 2021. doi: 10.1016/j.engfracmech.2021.107767.
 
 [14]        J. Pernas-Sánchez, S. M. García-Rodríguez, J. A. Artero-Guerrero, J. López-Puente, and J. Costa, "High velocity impact response of carbon/epoxy composite laminates at cryogenic temperatures," Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 168, p. 107456, 2023/05/01/ 2023. doi: 10.1016/j.compositesa.2023.107456.
 
[15]         F. Mili and B. Necib, "Impact behavior of cross-ply laminated composite plates under low velocities," Composite Structures, vol. 51, pp. 237-244, 2001/03/01/ 2001. doi: 10.1016/S0263-8223(00)00134-3.
 
[16]         A. F. Johnson, "Modelling fabric reinforced composites under impact loads," Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 32, pp. 1197-1206, 2001/09/01/ 2001. doi: 10.1016/S1359-835X(00)00186-X.
 
[17]         G. A. Schoeppner and S. Abrate, "Delamination threshold loads for low velocity impact on composite laminates," Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 31, pp. 903-915, 2000/09/01/ 2000. doi: 10.1016/S1359-835X(00)00061-0.
 
[18]         N. Tsartsaris, M. Meo, F. Dolce, U. Polimeno, M. Guida, and F. Marulo, "Low-velocity impact behavior of fiber metal laminates," Journal of Composite Materials, vol. 45, pp. 803-814, 2011/04/01 2011. doi: 10.1177/0021998310376108.
 
[19]         H. A. Israr, S. Rivallant, and J. J. Barrau, "Experimental investigation on mean crushing stress characterization of carbon–epoxy plies under compressive crushing mode," Composite Structures, vol. 96, pp. 357-364, 2013/02/01/ 2013. doi: 10.1016/j.compstruct.2012.09.022.
 
[20]         J.-S. Kim, H.-J. Yoon, and K.-B. Shin, "A study on crushing behaviors of composite circular tubes with different reinforcing fibers," International Journal of Impact Engineering, vol. 38, pp. 198-207, 2011/04/01/ 2011. doi: 10.1016/j.ijimpeng.2010.11.007.