بررسی تاثیر افزودن الیاف طبیعی بر چقرمگی شکست بین لایه‌ای کامپوزیت‌های شیشه/اپوکسی تحت بارگذاری حالت یک با استفاده از آزمون نشرآوایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی

2 گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایران

3 لویزان- خیابان شعبانلو- دانشگاه شهید رجائی. دانشکده مکانیک دفتر دانشکده

چکیده

در سال‌های اخیر، با افزایش قیمت فرآورده‌های نفتی تجدید‌ناپذیر و قوانین سختگیرانه محیط زیستی، استفاده از الیاف طبیعی به عنوان تقویت‌کننده در مواد کامپوزیتی افزایش یافته‌است. در پژوهش حاضر تاثیر افزودن الیاف طبیعی بر مقاومت در برابر جدایش بین‌لایه‌ای که رایج‌ ترین نوع خرابی در چند‌لایه‌های کامپوزیتی می‌باشد، در بارگذاری حالت یک بررسی می‌شود. نمونه‌ها با استفاده از روش لایه چینی دستی ساخته شدند. از آزمون تیر یکسر‌گیردار دولبه برای آزمایش نمونه‌ها استفاده شد. با استفاده از روش‌های ارائه شده در استاندارد ASTM D5528 لحظه شروع جدایش بین ‌لایه‌ای در نمونه‌ها تعیین می‌شود. نتایج نشان می‌دهد که تنها استفاده از روش‌های مکانیکی ارائه شده در استاندارد مذکور برای تعیین شروع جدایش بین‌لایه‌ای کافی نمی‌باشد و برای تعیین آسان‌تر و دقیق‌تر لحظه شروع جدایش بین‌لایه‌ای باید از آزمون غیرمخرب نشرآوایی استفاده شود. سپس با استفاده از روش انرژی، انرژی تجمعی، شمارش ضرب‌آهنگ و شمارش ضرب‌آهنگ تجمعی برای تعیین لحظه شروع جدایش بین ‌لایه‌ای در نمونه‌ها استفاده می‌شود. سپس با استفاده از بار بحرانی و جابجایی بحرانی تشخیص داده‌شده توسط روش‌های مختلف مکانیکی و نشرآوایی مقادیر چقرمگی شکست بین‌لایه‌ای نمونه‌ها محاسبه می‌شود. در انتها نتایج پژوهش حاضر با مطالعات پیشین مقایسه می‌شود. با توجه به نتایج بدست آمده، استفاده از الیاف کنف افزایش قابل‌توجهی را در چقرمگی شکست بین ‌لایه‌ای کامپوزیت‌های شیشه/اپوکسی نشان نمی‌دهد، اما استفاده از الیاف پنبه باعث افزایش قابل ‌توجه در چقرمگی شکست‌ بین‌ لایه‌ای می‌شود. در میان روش‌های نشرآوایی مختلف، روش شمارش ضرب‌آهنگ کمترین درصد خطا معادل 1.8درصد را نسبت به روش پیشنهاد شده در استاندارد، در میان سایر روش‌های نشرآوایی نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Adding Natural Fibers on Interlaminar Fracture Toughness of Glass/Epoxy Composites Under Mode Ⅰ Loading Using Acoustic Emission Test

نویسندگان [English]

  • Ali Daemi 1
  • Seyed Reza Hamzeloo 2
  • Amir Refahi Oskouei 3
1 Mechanical Engineering Department, Shahid Rajaee Teacher Training University
2 Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
3 لویزان- خیابان شعبانلو- دانشگاه شهید رجائی. دانشکده مکانیک دفتر دانشکده
چکیده [English]

In recent years, with the increase in the price of non-renewable petroleum products and strict environmental laws, the application of natural fibers as reinforcement in composite materials has been increased. In the current study, the effect of adding natural fibers on the resilience to delamination, which is the most common type of failure in laminated composites, is investigated in mode Ⅰ loading using features extracted and evaluated from acoustic emission non-destructive method. The samples were made using the hand lay-up method. The double edge cantilever beam test was used to test the samples. Using the methods provided in the ASTM D5528 standard, the occurrence of initiation of delamination is determined in the samples. The results show that only the use of the mechanical methods provided in the mentioned standard is not enough to determine the initiation of delamination, and for an easier and more accurate determination of the initiation of delamination. Thus, the assessment of delamination defect initiation and fracture toughness by means of features measured by acoustic emission test should be applied. Then, using the energy method, cumulative energy, count and cumulative count are used to determine the initiation of delamination in the samples. Then, using the critical load and critical displacement determined by different mechanical and acoustic emission methods, the interlaminar fracture toughness values of the samples are calculated. At the end, the results of the present study are compared with previous studies. According to the obtained results, the usage of kenaf fibers does not show a significant increase in the interlaminar fracture toughness of glass/epoxy composites, but application of cotton fibers causes a significant increase in the interlaminar fracture toughness. Among the different acoustic emission methods, the count method shows the lowest error of 1.8 percent regarding the method proposed in the standard, nonlinear method, among the other acoustic emission methods.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Acoustic Emission Test
  • Initiation of Delamination
  • Natural Fiber
  • Mode Ⅰ
  • Interlaminar Fracture Toughness

مراجع

106
[1] Dittenber, D.B., & Gangarao, H.V.S. (2012). Critical Review of Recent Publications on Use of Natural Composites in Infrastructure. Compos. Part A Appl. Sci. Manuf, 43(8), 1419-1429.
[2] Davoodi, M.M., Sapuan, S.M., Ahmad, D., Aidy, A., Khalina, A., & Jonoobi, M. (2010).
Mechanical Properties of Hybrid Kenaf/Glass Reinforced Epoxy Composite for
Passenger Car Bumper Beam. Mater Des, 31(10), 4927–4932.
[3] Nisini, E., Santulli, C., & Liverani, A. (2017). Mechanical and Impact Characterization of Hybrid Composite Laminates with Carbon, Basalt and Flax Fibres. Compos B Eng, vol. 127, 92–99.
[4] Sarikaya, E., Çallioğlu, H., & Demirel, H. (2019). Production of Epoxy Composites Reinforced by Different Natural Fibers and their Mechanical Properties. Compos B Eng, vol. 167, 461–466.
[5] Sause, M.G., Müller T., & Horoschenkoff A. (2012). Quantification of Failure Mechanisms in Mode-I Loading of Fiber Reinforced Plastics Utilizing Acoustic Emission Analysis. Composites Science and Technology, 72(2), 167-174.
[6] Mohamad, F., Hossein, H., Farzad, P., & Ahmadi Najaf Abadi, M. (2011). Composite Materials Damage Characterization under Quasi-Static 3-Point Bending Test Using Fuzzy C-Means Clustering. Applied Mechanics and Materials, 110–116, 1221–1228.
[7] Almansour, F. A., Dhakal, H. N., & Zhang, Z. Y. (2017). Effect of Water Absorption on Mode I Interlaminar Fracture Toughness of Flax/Basalt Reinforced Vinyl Eter Hybrid Composites. Composite structures, 168, 813-825.
[8] Kanakannavar, S., Savanur, S., Sridhar, I., Gouda, P. S., & Veereshkumar, G. B. (2018). Improved Delamination Behaviour in Glass-Cotton Reinforced Hybrid Composites. Materials Today: Proceedings, 5(11), 24984-24996.
[9] Amenabar, I., Mendikute, A., López-Arraiza, A., Lizaranzu, M., & Aurrekoetxea, J. (2011). Comparison and Analysis of Non-Destructive Testing Techniques Suitable for Delamination Inspection in Wind Turbine Blades. Composites Part B: Engineering, 42(5), 1298-1305.
[10] Weng, M. S., Dunn, S. E., Hartt, W. H., & Brown, R. P. (1982). Application of Acoustic Emission to Detection of Reinforcing Steel Corrosion in Concrete. Corrosion, 38(1), 9-14.
[11] Fotouhi, M., & Najafabadi, M. A. (2016). Acoustic Emission-Based Study to Characterize the Initiation of Delamination in Composite Materials. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 29(4), 519-537.
107
 [12] Saidane, E. H., Scida, D., Pac, M. J., & Ayad, R. (2019). Mode-I Interlaminar Fracture Toughness of Flax, Glass and Hybrid Flax-Glass Fibre Woven Composites: Failure Mechanism Evaluation Using Acoustic Emission Analysis. Polymer Testing, 75, 246-253.
[13] Gholamiyan Nezhad. G., Refahi Oskouei, A. (2023). Estimation of Delamination in Polymer Composites Reinforced with Metal Pins Under Mode I Loading Using Acoustic Emission Method. Journal of Nondestructive Testing Technology, 3 (11), 32-51. (In Persian)
[14] ASTM D5528-01, Standard Test Method for Mode I Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites, ASTM Standard, 2007, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2007.
[15] Carraro, P. A., Maragoni, L., & Quaresimin, M. (2015). Influence of manufacturing induced defects on damage initiation and propagation in carbon/epoxy NCF laminates. Advanced Manufacturing: Polymer & Composites Science, 1(1), 44-53.
[16] Fotouhi, M., Pashmforoush, F., Ahmadi, M., & Refahi Oskouei, A. (2011). Monitoring the initiation and growth of delamination in composite materials using acoustic emission under quasi-static three-point bending test. Journal of reinforced plastics and composites, 30(17), 1481-1493.
[17] Fotouhi, M., Fotouhi, S., & Ahmadi, M. (2014). Acoustic Emission Based Study to Monitor the Initiation and Growth of Delamination in Composite Materials. Modares Mechanical Engineering, 14(3), 78-84. (In Persian)
[18] Mohammadi, R., Saeedifar, M., Ahmadi Najafabadi, M., & Hosseini Toudeshky, H. (2017). Acoustic Emission Based Methodology to Evaluate the Fracture Toughness in Carbon/Epoxy Composites. Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 49(2), 379-386. (In Persian)
[19] Saeedifar, M., Fotouhi, M., Mohammadi, R., Najafabadi, M. A., & Toudeshky, H. H. (2014). Investigation of Delamination and Interlaminar Fracture Toughness Assessment of Glass/Epoxy Composite by Acoustic Emission. Modares Mechanical Engineering, 14(4), 1-11. (In Persian)
[20] Hosseini, M. R., Taheri-Behrooz, F., & Salamat-talab, M. (2019). Mode I Interlaminar Fracture Toughness of Woven Glass/Epoxy Composites with Mat Layers at Delamination Interface. Polymer Testing, 78, 105943.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 15 آذر 1402
  • تاریخ بازنگری: 10 بهمن 1402
  • تاریخ پذیرش: 26 اسفند 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار