بررسی رشد ترک تیر کامپوزیتی شیشه/اپوکسی با زوایای مختلف در شکست مد اول به کمک روش امپدانس الکترومکانیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران،

چکیده

کامپوزیت‌های پلیمری با الیاف شیشه نوع متداولی از کامپوزیت‌ها هستند که با تغییر پارامترهای مختلفی مانند چینش زاویه‌ای آنها می‌توان به مقدار بهینه‌ای از استحکام یا خواص مکانیکی مطلوب بنا به کاربردهای مختلف رسید. تخریب در این نوع کامپوزیت‌ها، شامل ترکیب مکانیزمهای مختلف از قبیل شکست ماتریس، شکست الیاف، جدایش لایه‌ای و جدایش الیاف از ماتریس می‌باشد. دراین مقاله به بررسی تجربی مکانیزمهای شکست مد اول در تیرکامپوزیتی شیشه/اپوکسی با چیدمان زوایای مختلف به کمک اندازه‌گیری غیرمخرب امپدانس الکترومکانیکی، نمودارهای نیروجابجایی و مشاهدات چشمی وسازه پرداخته می‌شود. بدین منظور پس از ساخت نمونه‌های تیر و نصب سنسور پیزوالکتریک بر روی آنها، درحین فرآیند کشش و بازشدگی ترک در مد اول‌شکست تیر، طیف‌های امپدانس اندازه‌گیری شده و با طیف مرجع تیر سالم مقایسه می‌شود. پس از انطباق زمانی و مکانی رشد لحظه‌ای ترک در آزمون امپدانس با کمک فیلم برداری و شاخص‌های مدرج برروی نمونه تیر صورت‌گرفته، رشدهای مداوم و سریع ترک با شدت‌های مختلف تشخیص داده‌شد. با مطالعه داده‌های تیرهای با چیدمان زوایای مختلف مشخص‌شد که نمونه 0/90 پایدارتر و دارای تغییرات نیرویی کمتری بوده، همچنین مد غالب شکست در این نمونه شکست ماتریس بوده‌است. این تحقیق نشان‌داد که می‌توان از اندازه‌گیری امپدانس‌الکترومکانیکی به عنوان ابزاری جهت تشخیص شروع و اشاعه ترک این نوع از تیرهای کامپوزیتی با توجه به حساسیت بالا در مراحل مختلف رشد ترک استفاده ‌‌نمود.   

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

An Empirical study on fracture mode I Of Epoxy/Glass composite beam with different angles using Electromechanical Impedance (EMI) method

نویسندگان [English]

  • Alireza Khaleghi
  • Seyed Reza Hamzeloo
  • Amir Refahi Oskuei
Mechanical Engineering Department, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Glass-fiber-polymer-composites are common composite types that can achieve optimum strength or desired mechanical properties for different applications by altering various parameters such as angular alignment of fibers. Fracture in these types of composites involves a combination of different mechanisms such as matrix crack, fiber breakage, delamination, and fiber debonding from the matrix. This paper presents an empirical investigation of the first mode failure mechanisms in glass/epoxy composite beams with different fiber angles by means of nondestructive electromechanical impedance measurements, force-displacement diagrams and observations. For this purpose, after fabricating beam specimens and attaching the piezoelectric sensor on them, the impedance spectra of the beams are compared with the reference beam spectrum during the elongation and crack opening process. Continuous and rapid crack growth was recognized by spatial and temporal synchronization of impedance data, visual observations of calibration indices on the beam specimen during the crack opening, and recorded movies of the tests and force-displacement diagrams. Studying the beam data with different angles arrangement revealed that the sample 0-90 was more stable during crack growth with fewer force variations. Also, the dominant mode of failure in this sample was the matrix fracture. This study showed that the electromechanical impedance measurement can be used as an effective tool for detecting the initiation and propagation of cracks in this type of composite beams due to high sensitivity at different stages of crack growth.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite beam
  • fracture mechanism
  • crack growth
  • nondestructive measurement
  • electromechanical impedance