مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

ارزیابی تأثیر معماری سلولی دایروی میان‌لایه‌های چاپ سه‌بعدی شده بر رفتار انتشار ترک و چقرمگی شکست بین لایه‌ای مود I کامپوزیت‌های لایه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه طراحی جامدات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک
2 گروه طاحی جامدات-دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اراک
3 گروه طراحی جامدات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
4 گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
10.22034/ijme.2026.596789.2217
چکیده
میان‌لایه‌های چاپ سه‌بعدی شده، به‌عنوان رویکردی نوین در کامپوزیت‌ها، می‌توانند مقاومت در برابر تورق را بهبود بخشند؛ بااین‌حال، اثر توپولوژی سلولی بر رفتار بین ‌لایه‌ایِ این مواد، همچنان به‌خوبی روشن نیست. براین‌اساس، پژوهش حاضر تأثیر معماری سلولی دایره‌ای بر چقرمگی شکست بین لایه‌ای مود I در کامپوزیت‌های شیشه/اپوکسی را با میان‌لایه چاپ سه‌بعدی شده از فیلامنت پلی‌وینیل الکل بررسی می‌کند. همچنین، به‌منظور ارزیابی انحصاری اثر هندسه، عملکرد این میان‌لایه با معماری لوزی‌شکلِ مطالعه‌ای دیگر مقایسه شد؛ به‌گونه‌ای که سایر پارامترهای مداخله‌گر ثابت نگه داشته شدند تا تنها نقش توپولوژی سلول مورد قضاوت قرار گیرد. نتایج تجربی نشان داد که میان‌لایه دایره‌ای، چقرمگی شکست حالت شروع و انتشار را به ترتیب 127 و 80 درصد، نسبت به نمونه شاهد، بهبود داد؛ درحالی‌که در مقایسه با هندسه لوزی، این بهبود به ترتیب 47 و 6 درصد بود. دراین‌خصوص می‌توان بیان نمود که علی‌رغم آنکه میان‌لایه دایره‌ای در کنترل تورق مود I مؤثر است؛ اما برتری آن نسبت به هندسه لوزی، عمدتاً در آغاز رشد ترک و در اثر حذف گوشه‌های تیز و کاهش تمرکز تنش ظاهر می‌شود. در شرایطی که در مرحله انتشار ترک، به دلیل ثابت‌بودن نسبت رزین به فیلامنت و ضخامت میان‌لایه، اختلاف عملکرد دو معماری محدود است. همچنین بررسی سطوح شکست نشان داد که نمونه فاقد میان‌لایه، رفتاری نسبتاً ترد با غلبه جدایش در فصل‌مشترک الیاف/رزین داشت؛ درحالی‌که نمونه دارای میان‌لایه دایره‌ای، الگویی آمیخته از گسیختگی چسبی، شکست درونی رزین و آسیب موضعی فیلامنت‌های پلی‌وینیل الکل را نشان داد که فعال‌شدن سازوکارهای انحراف و پل‌زنی ترک را تأیید می‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Assessing the Influence of Circular Cellular Architecture in 3D-Printed Interlayers on Crack Propagation Behavior and Mode I Interlaminar Fracture Toughness of Laminated Composites

نویسندگان English

Mazaher Salamat-Talab 1
Zahra Bahrami 2
Hossein Kazemi 3
Ali Zeinolabedin-Beygi 4
1 Department of Mechanical Engineering, Arak University of Technology
2 Department of Mechanical Engineering, Arak University of Technology, Arak, Iran.
3 2 School of Mechanical Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
4 Faculty of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.
چکیده English

3D-printed interlayers, as a novel approach in composites, can improve resistance to delamination; however, the effect of cellular topology on the interlaminar behavior of these materials remains unclear. Accordingly, this study investigates the effect of a circular cellular architecture on the mode I interlaminar fracture toughness (ILFT) of glass/epoxy composites using a 3D-printed interlayer fabricated from polyvinyl alcohol (PVA) filament. Also, to exclusively evaluate the effect of geometry, the performance of this interlayer was compared with that of a diamond-shaped architecture reported in another study, while all other interfering parameters were kept constant to assess only the role of cell topology. The experimental results showed that the circular interlayer improved the initiation and propagation values of ILFT by 127% and 80%, respectively, relative to the control specimen; whereas, compared with the diamond geometry, these improvements were 47% and 6%, respectively. Although the circular interlayer is effective in controlling mode I delamination, its superiority over the diamond geometry is mainly manifested at crack initiation, owing to the elimination of sharp corners and reduction of local stress concentration. During crack propagation, however, the performance difference between the two architectures is limited because the resin-to-filament ratio and interlayer thickness remain constant. Fracture-surface examination further revealed that the specimen without an interlayer exhibited relatively brittle behavior dominated by fiber/resin interfacial separation, whereas the specimen containing the circular interlayer showed a mixed pattern of adhesive failure, cohesive resin fracture, and local damage to the PVA filaments, confirming the activation of crack-deflection and crack-bridging mechanisms.

کلیدواژه‌ها English

3D-printing
Delamination
Interlayer
Mode I interlaminar fracture toughness
Glass/Epoxy laminated composites

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 30 مهر 1405