ارزیابی قابلیت جذب انرژی چند لایه اپوکسی-الیاف شیشه/آلومینیوم پس از قرارگیری در سیکل‌های گرمایشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، تهران

2 گروه مکانیک - دانشکده فنی و مهندسی - واحد تهران جنوب - دانشگاه آزاد اسلامی - تهران - ایران

3 استاد، مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

4 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، تهران

چکیده

در شرایط واقعی، سازه‌های کامپوزیتی تحت شرایط محیطی متفاوت مانند سیکل‌های حرارتی قرار می‌گیرند. هدف تحقیق حاضر، بررسی تاثیر اعمال سیکل‌های حرارتی بر قابلیت جذب انرژی چند لایه الیاف- فلز ساخته شده با پوسته آلومینیومی و هسته کامپوزیتی اپوکسی- الیاف شیشه با چیدمان‌های متفاوت الیاف شیشه می‌باشد. به همین دلیل در گام نخست، چند لایه الیاف- فلز با دو چیدمان تک جهته 0˚/0˚/0˚/0˚ و 90˚/90˚/90˚/90˚ و دو چیدمان دو جهته +45˚/-45˚/-45˚/+45˚ و 0˚/90˚/90˚/0˚ ساخته شدند. سپس، نمونه‌های ساخته شده تحت سیکل‌های حرارتی 0، 1، 10، 30، 50 و 90 سیکل قرار گرفتند. هر سیکل حرارتی شامل افزایش دما تا 100 ˚C به مدت 15 دقیقه، نگه‌داری در این دما به مدت 5 دقیقه و خنک کردن تا دمای محیط به مدت 15 دقیقه بود. پس از آن قابلیت جذب انرژی و شناسایی مکانیزم‌ها توسط آزمون ضربه، بررسی ماکروساختاری و بررسی میکروسکوپی بررسی شدند. نتایج بدست آمده نشان داد که تا 10 سیکل حرارت‌دهی در چند لایه‌های الیاف- فلز با چیدمان تک جهته قابلیت جذب انرژی بهبود یافته است و پس از آن این قابلیت روندی کاهشی داشت. کم‌ترین و بیش‌ترین حساسیت قابلیت جذب انرژی به سیکل‌های حرارتی به ترتیب در نمونه‌ها با چیدمان‌های +45˚/-45˚/-45˚/+45˚ و 0˚/90˚/90˚/0˚ مشاهده شدند. بررسی ماکروسکوپی نشان داد که پس از اعمال 90 سیکل حرارتی، جدایش بین لایه‌های الیاف شیشه مکانیزم اصلی شکست در چندلایه‌های الیاف فلز بود. با بررسی میکروسکوپی فهمیده شد که سیکل‌های حرارتی بالا باعث کاهش چسبندگی بین الیاف شیشه و زمینه اپوکسی در چند لایه الیاف- فلز شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The assessment of energy absorption capability of aluminum/epoxy-glass fibers laminates after exposer to the thermal cycling

نویسندگان [English]

  • Mohammad Askari 1
  • Mehrdad Javadi 2
  • Reza Eslami Farsani 3
  • Abdolreza Geranmayeh 4
1 Department of Mechanical Engineering, South Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Mech. Eng. dept. - Faculty of Engineering - South Tehran Branch - Islamic Azad University - Tehran - Iran
3 Faculty of Materials Science and Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
4 Department of Mechanical Engineering, South Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In the real conditions the composite structures set into the various environment conditions like thermal cycling. The aim of this work is to investigate the effect performing the thermal cycling on the absorbed energy capability of fibers metal laminates with aluminum skin and glass fibers/epoxy composites core with the various stacking sequence of glass fibers. For this reason, in the first step, the FMLs with two unidirectional configurations (0˚/0˚/0˚/0˚، and 90˚/90˚/90˚/90˚) and two bi-directional configurations (+45˚/-45˚/-45˚/+45˚ and 0˚/90˚/90˚/0˚) were fabricated. Then, the samples were aged by 0, 1, 10, 30, 50 and 90 thermal cycles. Each thermal cycle was heating the samples up to 100 ˚C for 15 min, maintaining in this temperature for 5 min, and cooling them down to the ambient temperature for 15 min. After that, measuring the absorbed energy and characterizing the mechanisms were investigated by Charpy impact test, macrostructural method and microscopic analysis. The obtained results showed, up to 10 thermal cycles in the FMLs with unidirectional configurations, the absorbed energy capability has improved. After that, it had the reducing trend. The minimum and maximum sensitivity of absorbed energy capability in the thermal cycling were seen into the samples with the configurations of +45˚/-45˚/-45˚/+45˚ and 0˚/90˚/90˚/0˚, respectively. The macrostructural investigation was showed, the delamination between fibers plies was the main failure mechanism in the FMLs, after performing 90 thermal cycles. By using the microscopic analysis was found that the thermal cycling caused to reduce the adhesion between glass fibers and epoxy matrix into the FML.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fiber Metal Laminate
  • Impact Test
  • Thermal Cycling
  • Energy Absorption