تاثیر شرایط محیطی بر خواص مکانیکی و چقرمگی شکست مود II چندلایه های کامپوزیتی با الیاف بافته شده شیشه/وینیل استر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک - دانشگاه صنعتی اراک

2 دانشجو آموخته کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک- دانشگاه صنعتی اراک

3 دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اراک

چکیده
بدلیل اهمیت تاثیر شرایط محیطی بر رفتار مواد مهندسی، در این پژوهش به بررسی تاثیر محیط اسیدی در دماهای مختلف بر مدول خمشی و چقرمگی شکست چندلایه کامپوزیتی از جنس الیاف شیشه /وینیل استر تحت بارگذاری مود II پرداخته شده است. نمونه‌ها در دماهای 25 و 80 درجه سانتیگراد برای بازۀ زمانی مختلف در شرایط محیطی اسیدی قرار گرفتند. نتایج آزمایشگاهی نشان از اثرات قابل توجه شرایط محیطی مختلف به ویژه در دمای 80 درجۀ سانتیگراد بر رفتار تورقی نمونه‌های کامپوزیتی دارد. نمودارهای بار-جابه‌جایی و چقرمگی شکست نمونه‌های در بازه‌های زمانی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج آزمایشگاهی نشان می‌دهد که در دمای 25 درجه سانتیگراد بیشینه بار و همینطور چقرمگی شکست بین‌لایه‌ای در ابتدا روندی افزایشی داشته و پس از آن روندی کاهشی به‌خود می‌گیرد. همچنین در دمای 80 درجه سانتیگراد بعد از گذشت 250 روز بیش از ۵۰ درصد افت در مقدار چقرمگی شکست مشاهده گردید.علاوه بر این به منظور شبیه سازی رشد تورق از مدل ناحیه چسبناک استفاده و با نتایج تجربی مقایسه گردید که از دقت قابل قبولی برخوردار بود. تصاویر الکترون روبشی مکانیزم های آسیب و رشد ترک را در خلال زمان، نشان داد که در سطح شکست نمونه ها شکست الیاف و جدایش الیاف از رزین رخ می دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Environmental conditions effect on mechanical properties and mode II fracture toughness of composite multilayers with woven fibers glass /vinyl ester

نویسندگان English

Hamidreza Rezaei Ashtiani 1
F Jamshidi 2
Mazaher salamattalab 3
1 Associate Professor of school mechanical engineering- arak university of technology
2 arakut
3 arak university of technology
چکیده English

Due to the effect of environmental conditions on the behavior of materials, in this research, the effect of acidic environment on the flexural modulus and fracture toughness of glass fiber/vinyl ester composite multilayers at different temperatures under second mode loading has been investigated. The samples were placed at 25°C and 80 °C for different periods of time in acidic environmental conditions. The experimental results show that different environmental conditions, especially at a temperature of 80 °C, have a significant effect on the behavior of composite samples. The load-displacement diagrams and fracture toughness of the samples have been investigated in different time intervals. The experimental results show that at the temperature of 25°C, the maximum load as well as the interlayer fracture toughness increases at the beginning and then decreases. Also, at around 80 °C, after 250 days, more than 50% of the fracture toughness value was observed. The scanning electron images (SEM) of the mechanisms of damage and crack growth over time showed that fiber breakage and separation of fibers from the resin occur at the fracture surface of the samples.

کلیدواژه‌ها English

Composite multilayers
Woven fibers
Mode II fracture
Acidic-temperature environment
Viscous zone model
[1] Tian W, Hodgkin J. Long‐term aging in a commercial aerospace composite sample: Chemical and physical changes. Journal of Applied Polymer Science. 2010; 115(5):2981-5.
[2] Akhavan-Safar A, Salamat-Talab M, Delzendehrooy F, Zeinolabedin-Beygi A, da Silva LF. Effects of natural date palm tree fibres on mode II fracture energy of E-glass/epoxy plain-woven laminated composites. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2022; 44(10):457.
[3] Sabaghi M, Taheri‐Behrooz F, Salamat‐Talab M. Critical strain energy release rate of woven carbon/epoxy composites subjected to thermal cyclic loading. Polymer Composites. 2022; 43(9):6135-49.
[4] Zeinolabedin Beygi A, Salamat-talab M, Farrokhabadi A, Moslemi Naeini H. Experimental investigation of the effect of natural microfibers on the mode I fracture toughness of plain-woven laminated composites. Modares Mechanical Engineering. 2022; 10;22(2):71-9.
[5] Salamat-talab M, Zeinolabedin Beygi A, Seyyednejad M. Experimental investigation of the effect of interface fiber angle on the fracture toughness of woven laminated composites under mode II loading. Modares Mechanical Engineering. 2021:225-33.
[6] Almansour F, Dhakal H, Zhang ZY. Effect of water absorption on Mode I interlaminar fracture toughness of flax/basalt reinforced vinyl ester hybrid composites, Composite structures. 2017;168, 813-825.
[7] Nash N, Young T, Stanley W. The reversibility of Mode-I and-II interlaminar fracture toughness after hydrothermal aging of Carbon/Benzoxazine composites with a thermoplastic toughening interlayer, Composite Structures. 2016;152 :558-567.
[8] Alessi S, Pitarresi G, Spadaro G. Effect of hydrothermal ageing on the thermal and delamination fracture behaviour of CFRP composites, Composites Part B: Engineering. 2014; 67:145-153.
[9] Scida D, Aboura Z, Benzeggagh M. The effect of ageing on the damage events in woven-fibre composite materials under different loading conditions, Composites Science and Technology. 2002; 62:551-557.
[10] Selzer R, Friedrich K. Inluence of water up-take on interlaminar fracture properties of carbon fibre-reinforced polymer composites, Journal of materials science. 1995; 30:334-338.
[11] Amini M, Khavandi A. Evaluation of the water absorption content effect on the dielectric properties and tensile strength of polymer composites, Journal of Science and Technology of Composites. 2019; 6:300-309.
[12] Cheng X., Q. Zhang, J. Zhang, X. Guo, Z. Niu, Parameters prediction of cohesive zone model for simulating composite/adhesive delamination in hygrothermal environments, Composites Part B: Engineering. 2019; 166:710-721.
[13] Kootsookos A, Mouritz A. Seawater durability of glass-and carbon-polymer composites, Composites Science and Technology. 2004; 64:1503-1511.
[14] ASTM D7905, Standard Test Method for Determination of the Mode II Interlaminar Fracture Toughness of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites.
دوره 3، شماره 3
پاییز 1402
صفحه 380-397

  • تاریخ دریافت 08 بهمن 1402
  • تاریخ بازنگری 24 بهمن 1402
  • تاریخ پذیرش 29 بهمن 1402