پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 7 |
| تعداد شماره‌ها | 399 |
| تعداد مقالات | 5,389 |
| تعداد مشاهده مقاله | 5,287,993 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 4,882,743 |
بررسی تجربی و عددی رفتار خستگی چندلایه‌های کامپوزیتی کربن/اپوکسی تقویت شده با نانوالیاف | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| مقاله 11، دوره 54، شماره 12، اسفند 1401، صفحه 2899-2916 اصل مقاله (1.72 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2022.21425.7446 | ||
| نویسندگان | ||
| میلاد سعیدی‌فر1؛ حامد ثقفی2؛ حسام ثقفی3؛ مهدی احمدی نجف آبادی* 1 | ||
| 1دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران | ||
| 2دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تفرش، تفرش، ایران | ||
| 3دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران | ||
| چکیده | ||
| چندلایه‌های کامپوزیتی مواد پیشرفته مهندسی هستند که به دلیل خواص منحصر بفرد، در صنایع مختلف به فراوانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. هدف از پژوهش حاضر، بررسی تأثیر نانوالیاف الکتروریسی شده بر روی رفتار شکست و خستگی چندلایه‌های کامپوزیتی و همچنین بررسی عملکرد مدلسازی المان محدود با روش المان‌های چسبنده در شبیه‌سازی رفتار خستگی این کامپوزیت‌ها است. بدین منظور نمونه‌های کامپوزیتی از لایه‌های پیش‌آغشته کربن/ اپوکسی ساخته شده و با جایگذاری نانوالیاف نایلون 6/6 در لایه میانی، نمونه‌ها تقویت شدند. سپس نمونه‌ها تحت بارگذاری استاتیکی و خستگی مود I قرار گرفتند. نتایج نشان داد که نانوالیاف موجب افزایش 2 برابری چقرمگی شکست در نمونه‌های کامپوزیتی می‌شود. در بارگذاری خستگی نیز نرخ رشد ترک در نمونه‌های تقویت شده کاهش چشم‌گیری داشت، به طوری که در نسبت انرژی کرنشی ،0/9 =Δ G/Gcنانوالیاف موجب کاهش 8 برابری نرخ رشد ترک شد. از روش المان محدود مبتنی بر مدل ناحیه چسبنده برای شبیه‌سازی رشد آسیب بین لایه‌ای تحت بار خستگی در نمونه‌های تقویت شده با نانوالیاف استفاده شد. برای مدلسازی رفتار خستگی از مدل آسیب پیش‌رونده تورون استفاده شد. تطابق قابل قبول روش المان محدود با داده‌های تجربی نشان داد که روش ناحیه چسبنده ابزار مناسبی برای شبیه‌سازی گسترش آسیب خستگی در چندلایه‌های کامپوزیتی تقویت شده با نانوالیاف است. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| نانوالیاف؛ چندلایه‌های کامپوزیتی؛ کربن/ اپوکسی؛ خستگی؛ روش المان محدود | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Numerical and Experimental Investigations on Fatigue Behavior of Carbon/Epoxy Laminates Toughened by Nanofibers | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Milad Saeedifar1؛ Hamed Saghafi2؛ Hesam Saghafi3؛ Mehdi Ahmadi Najafabadi1 | ||
| 1Department of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran | ||
| 2Department of Mechanical Engineering, Tafresh University, Tafresh, Iran | ||
| 3Department of Mechanical Engineering, Zanjan University, Zanjanو Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Composite laminates are advanced engineering materials that are widely used in various industries due to their unique properties. The aim of this paper is to assess the effect of electrospun nanofibers on the fracture and fatigue behavior of composite laminates and also to investigate the performance of the Finite Element Method based on the Cohesive Zone Model, in predicting the fatigue behavior of the laminates. For this purpose, standard specimens were fabricated from carbon/epoxy Prepregs interleaved with nylon 6,6 nanofibers. The specimens were then subjected to mode I static and fatigue loading conditions. The results showed that fracture toughness was doubled by adding nanofibers between composite layers. Under fatigue loading, the crack growth rate of the nanomodified specimens was less than the virgin specimens. So, the crack growth rate decreased by 8 times with interleaving the nanofibers at 0/9 =Δ G/Gc . The Cohesive zone model method was used to evaluate the efficiency of finite element in modeling the fatigue crack growth rate in virgin and nanomodified specimens. The progressive failure model was used to simulate the fatigue behavior. Consistency of finite element results with the experimental results showed that the Cohesive zone model method is a suitable tool to model the fatigue behavior of interleaved composite laminates. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Nanofibers, Composite laminates, Carbon/epoxy, Fatigue, Finite element method | ||
|
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
| مراجع | ||
|
[1] D. Salimi-Majd, M. Helmi, B. Mohammadi, Damage growth prediction of unidirectional layered composites under cyclic loading using an energy based model, mdrsjrns, 15(7) (2015) 173-180. [2] S.A. Arhamnamazi, N. Banimostafa Arab, A. Refahi Oskouei, F. Aymerich, Impact Area Assessment in the Carbon Fiber Reinforced Polymer Composite using Radiography and Ultrasonic C-scan testing methods, mdrsjrns, 18(3) (2018) 332-338. [3] Y. Chai, Y. Wang, Z. Yousaf, M. Storm, N.T. Vo, K. Wanelik, T.L. Burnett, P. Potluri, P.J. Withers, Following the effect of braid architecture on performance and damage of carbon fibre/epoxy composite tubes during torsional straining, Composites Science and Technology, 200 (2020) 108451. [4] J.-q. Xuan, D.-s. Li, L. Jiang, Fabrication, properties and failure of 3D stitched carbon/epoxy composites with no stitching fibers damage, Composite Structures, 220 (2019) 602-607. [5] A. Yudhanto, N. Watanabe, Y. Iwahori, H. Hoshi, Compression properties and damage mechanisms of stitched carbon/epoxy composites, Composites Science and Technology, 86 (2013) 52-60. [6] Y.A. Dzenis, D.H. Reneker, Delamination resistant composites prepared by small diameter fiber reinforcement at ply interfaces, in, US Patent, 2001. [7] M. Saeedifar, H. Saghafi, R. Mohammadi, D. Zarouchas, Temperature dependency of the toughening capability of electrospun PA66 nanofibers for carbon/epoxy laminates, Composites Science and Technology, 216 (2021) 109061. [8] R. Mohammadi, M. Ahmadi Najafabadi, H. Saghafi, M. Saeedifar, D. Zarouchas, A quantitative assessment of the damage mechanisms of CFRP laminates interleaved by PA66 electrospun nanofibers using acoustic emission, Composite Structures, 258 (2021) 113395. [9] S. Cai, Y. Li, H.-Y. Liu, Y.-W. Mai, Damping properties of carbon fiber reinforced composites hybridized with polysulfone (PSF)/cellulose nanocrystal (CNC) interleaves, Composites Science and Technology, 213 (2021) 108904. [10] K. Magniez, C. De Lavigne, B.L. Fox, The effects of molecular weight and polymorphism on the fracture and thermo-mechanical properties of a carbon-fibre composite modified by electrospun poly (vinylidene fluoride) membranes, Polymer, 51(12) (2010) 2585-2596. [11] P.K. Barzoki, A.M. Rezadoust, M. Latifi, Tunable effect of polyvinyl butyral nanofiber veil on fracture toughness of glass reinforced phenolic composites manufactured with out of autoclave method, Polymer Testing, 71 (2018) 255-261. [12] H. Saghafi, G. Minak, A. Zucchelli, T.M. Brugo, H. Heidary, Comparing various toughening mechanisms occurred in nanomodified laminates under impact loading, Composites Part B: Engineering, 174 (2019) 106964. [13] P.K. Barzoki, A.M. Rezadoust, M. Latifi, H. Saghafi, G. Minak, Effect of nanofiber diameter and arrangement on fracture toughness of out of autoclave glass/phenolic composites - Experimental and numerical study, Thin-Walled Structures, 143 (2019) 106251. [14] H. Saghafi, A.R. Moallemzadeh, A. Zucchelli, T.M. Brugo, G. Minak, Shear mode of fracture in composite laminates toughened by polyvinylidene fluoride nanofibers, Composite Structures, 227 (2019) 111327. [15] M. Ahmadi Najafabadi, M. Sedighi, M. Salehi, H. Hossini Toudeshky, Investigation and monitoring of delamination in FMLs under mode I and II loading with FEM and AE, Modares Mechanical Engineering, 15(9) (2015) 78-86. [16] B. Mohammadi, D. Salimi-Majd, M.H. Ali-Bakhshi, Analysis of composite skin/stringer debonding and failure under static loading using cohesive zone model, Modares Mechanical Engineering, 14(10) (2015) 17-25. [17] G. Giuliese, R. Palazzetti, F. Moroni, A. Zucchelli, A. Pirondi, Cohesive zone modelling of delamination response of a composite laminate with interleaved nylon 6,6 nanofibres, Composites Part B: Engineering, 78 (2015) 384-392. [18] H. Saghafi, S.R. Ghaffarian, D. Salimi-Majd, H.A. Saghafi, Investigation of interleaf sequence effects on impact delamination of nano-modified woven composite laminates using cohesive zone model, Composite Structures, 166 (2017) 49-56. [19] T. Brugo, G. Minak, A. Zucchelli, X.T. Yan, J. Belcari, H. Saghafi, R. Palazzetti, Study on Mode I fatigue behaviour of Nylon 6,6 nanoreinforced CFRP laminates, Composite Structures, 164 (2017) 51-57. [20] ASTM Standard, D5528-01, Standard Test Method for Mode I Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites, in, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2007. [21] HexPly® 8552 Epoxy matrix (180°C/356°F curing matrix) in FTA 072e. Hexcel Composites Publication, 2013. [22] R. Mohammadi, M.A. Najafabadi, H. Saghafi, D. Zarouchas, Fracture and fatigue behavior of carbon/epoxy laminates modified by nanofibers, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 137 (2020) 106015. [23] V. Arumugam, C. Suresh Kumar, C. Santulli, F. Sarasini, A. Joseph Stanley, A Global Method for the Identification of Failure Modes in Fiberglass Using Acoustic Emission, Journal of Testing and Evaluation, 39(5)(2011). [24] ASTM Standard, D6115−97, Standard Test Method for Mode I Fatigue Delamination Growth Onset of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites, in: ASTM International, ASTM International, United States, 2011. [25] M. Moradi, A. Broer, J. Chiachío, R. Benedictus, T.H. Loutas, D. Zarouchas, Intelligent health indicator construction for prognostics of composite structures utilizing a semi-supervised deep neural network and SHM data, Engineering Applications of Artificial Intelligence, 117 (2023) 105502. [26] A. Broer, G. Galanopoulos, R. Benedictus, T. Loutas, D. Zarouchas, Fusion-based damage diagnostics for stiffened composite panels, Structural Health Monitoring, 21(2) (2022) 613-639. [27] D.S. Dugdale, Yielding of steel sheets containing slits, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 8(2) (1960) 100-104. [28] A. Turon, Simulation of delamination in composites under quasi-static and fatigue loding usuin cohesive zone models, Ph.D thesis, Doctoral thesis, University of Girona, 2006. [29] P.W. Harper, S.R. Hallett, Cohesive zone length in numerical simulations of composite delamination, Engineering Fracture Mechanics, 75(16) (2008) 4774-4792. [30] B. Roshanfar, Progressive delamination analysis of composite laminates under repeated out of plane impact loading, Amirkabir University of Technology, 2014. [31] J.B. Babu, Predicting the fatigue behaviour of matrices and fiber composites based upon modified epoxy polymers, Imperial College, UK, 2012. [32] H. Saghafi, A. Zucchelli, R. Palazzetti, G. Minak, The effect of interleaved composite nanofibrous mats on delamination behavior of polymeric composite materials, Composite Structures, 109 (2014) 41-47. [33] H. Saghafi, M. Fotouhi, G. Minak, Improvement of the Impact Properties of Composite Laminates by Means of Nano-Modification of the Matrix—A Review, Applied Sciences, 8(12)(2018). [34] P.P. Camanho, C.G. Dávila, Mixed-mode decohesion finite elements for the simulation of delamination in composite materials, NASA-Technical paper, 211737(1) (2002) 33. [35] M. Arai, J.-i. Hirokawa, Y. Hanamura, H. Ito, M. Hojo, M. Quaresimin, Characteristic of mode I fatigue crack propagation of CFRP laminates toughened with CNF interlayer, Composites Part B: Engineering, 65 (2014) 26-33. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 381 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 579 |
||
