تأثیر معماری شش‌ضلعی میان‌لایه‌های چاپ سه‌بعدی بر چقرمگی شکست بین‌لایه‌ای مود II کامپوزیت‌های لایه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اراک

2 گروه طراحی جامدات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران،

3 گروه جامدات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

10.61186/masm.2026.2096024.1196
چکیده
باتوجه‌به ضعف ذاتی کامپوزیت‌های لایه‌ای در برابر آسیب تورق، در سال‌های اخیر راهکارهای متعددی برای افزایش مقاومت در برابر این آسیب معرفی شده‌اند. یکی از رویکردهای نوظهور، استفاده از میان‌لایه‌های چاپ سه‌بعدی شده است که باوجود نتایج مطلوب این روش در افزایش مقاومت در برابر تورق، تأثیر معماری سلولی میان‌لایه‌ها بر چقرمگی شکست مود II تاکنون بررسی نشده است. ازاین‌رو، در پژوهش حاضر، میان‌لایه‌ای از فیلامنت پلی‌وینیل الکل با ضخامت 4/0 میلی‌متر و معماری سلولی شش‌ضلعی، طراحی شد. همچنین، برای ارزیابی مقایسه‌ای اثربخشی معماری سلولی میان‌لایه، نتایج با مطالعه پیشین نویسندگان مقایسه شد و با ثابت نگه‌داشتن مواد و پارامترهای طراحی، تأثیر جایگزینی هندسه مربعی با شش‌ضلعی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که میان‌لایه با ساختار شش‌ضلعی، بیشینه ظرفیت تحمل بار را در مقایسه با نمونه شاهد و ساختار مربعی، به ترتیب ۲۵ و ۳۴ درصد افزایش داد. همچنین، چقرمگی شکست بین لایه‌ای، بر مبنای روش نرمی کالیبره شده، در مراحل شروع (G_IIC^(ini.)) و انتشار رشد ترک (G_IIC^(prop.)) به‌ترتیب ۱۶۴ و ۸۸ درصد افزایش یافتند. این درحالی است که مقادیر G_IIC^(ini.) و G_IIC^(prop.) در مقایسه با ساختار مربعی، به‌ترتیب ۱۶۰ و ۱۷ درصد بهبود یافتند که بیانگر برتری هندسه شش‌ضلعی در کنترل گسترش آسیب تورق است. همچنین تحلیل سطوح شکست نشان داد که انحراف و قفل‌شدگی ترک و نیز تغییر شکل و برش فیلامنت‌های PVA، موجب تغییر الگوی شکست و افزایش مقاومت در برابر تورق شدند. درمجموع، می‌توان بیان نمود که یافته‌ها بر نقش تعیین‌کننده معماری سلولی میان‌لایه‌های چاپ سه‌بعدی‌شده در عملکرد بین‌لایه‌ای کامپوزیت‌ها تأکید دارند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Effect of the Hexagonal Architecture of 3D-Printed Interlayers on the Mode II Interlaminar Fracture Toughness of Layered Composites

نویسندگان English

Mazaher salamattalab 1
Hossein Kazeni 2
Zahra Bahrami 3
1 arak university of technology
2 School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, Arak University of Technology, Arak, Iran
چکیده English

Given the inherent susceptibility of laminated composites to delamination damage, numerous strategies have been introduced in recent years to enhance delamination resistance. One emerging approach is the use of 3D-printed interlayers; however, despite promising results in enhancing delamination resistance, the effect of interlayer cellular architecture on mode II interlaminar fracture toughness (ILFT) has not yet been investigated. Accordingly, this study designed an interlayer composed of PVA filament, with a thickness of 0.4 mm and a hexagonal cellular architecture. Also, to comparatively evaluate the effectiveness of the interlayer cellular architecture, the results were compared with those of the authors’ previous study, and the effect of replacing the square geometry with the hexagonal geometry was assessed while maintaining the materials and design parameters constant. The results demonstrated that the hexagonal interlayer increased the maximum load-bearing capacity by 25% and 34% compared with the control specimen and the square structure, respectively. Moreover, based on the compliance calibration method, the initiation and propagation values of ILFT (G_IIC^(ini.) and G_IIC^(prop.)) increased by 164% and 88%, respectively. Meanwhile, the G_IIC^(ini.) and G_IIC^(prop.) improved by 160% and 17%, respectively, compared with those of the square structure, indicating the superiority of the hexagonal geometry in controlling the propagation of delamination damage. Fractographic analysis further revealed that crack deflection and pinning, together with the deformation and breakage of the PVA filaments, altered the failure pattern and enhanced delamination resistance. Overall, the findings underscore the decisive role of the cellular architecture of 3D-printed interlayers in the interlaminar performance of composites.

کلیدواژه‌ها English

Delamination
Glass/epoxy composites
Interlayering method
Mode II interlaminar fracture toughness
3D printed interlayer

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 27 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 07 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 24 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 27 مرداد 1405