مطالعه تجربی- عددی خمش‌پذیری درکامپوزیت فلز- الیاف شیشه به منظور کاهش عیوب ناشی از فرآیند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

امروزه کامپوزیت‌های لایه‌ای فلز- الیاف به دلیل دارا بودن خواص مکانیکی خوب و وزن کم بسیار مورد توجه طراحان، به ویژه صنایع هوافضا قرار گرفته اند. مواد (Fiber Metal Laminate)FML خواص بهتری نسبت به هر دو آلیاژ آلومینیوم و مواد کامپوزیتی از خود نشان می‌دهند. در این پژوهش، خواص خمشی این کامپوزیتها مورد بررسی عددی- تجربی قرار گرفته است. از آنجایی که این چندلایه‌ها دارای قابلیت فرم‌دهی محدود می‌باشند و تغییرشکل الیاف الاستیک کامل است، در آنها برگشت‌ فنری ایجاد می‌گردد که نوعی عیب محسوب می‌شود. در بخش بررسی تجربی جاری 6 مدل نمونه با زاویه‌ی الیاف و ضخامت متفاوت از هم ساخته می‌شود تا مورد آزمایش خمشی قرار گیرد. به علاوه، آزمایش خمش انجام شده به روش طراحی آزمایش تاگوچی بهینه می‌ گردد تا نتایج بدست آمده مستقل از پارامترهای قالب و پرس باشد. تأثیر پارامترهای طراحی و ساخت مانند شعاع قالب، سرعت پانچ و فشار وارد بر ورق نیز برروی برگشت فنری کامپوزیت فلزی - الیافی ساخته شده به روش لایه گذاری دستی بررسی می شود. نتایج آزمایشها نشان می دهند که اگر الیاف موازی با محور خمش باشند و ضخامت لایه‌ی خارجی افزایش یابد کمترین شعاع خمش و زاویه‌ی برگشت‌فنری ایجاد می‌گردد. نتایج تجربی این پژوهش با داده‌های عددی بدست آمده از روش المان محدود نیز مقایسه گردیده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A Numerical and Experimental Study on Bending of Glass Fiber Metal Laminate Composite for Reducing Resultant Defects

نویسندگان [English]

  • saeed amirnejad 1
  • Mehran Kadkhodayan 2
چکیده [English]

Nowadays, fiber-metal laminate composites are highly used by designers due to their good mechanical properties and low weight particularly in aerospace industry. The Fiber Metal Laminate shows improvement over the properties of both aluminum alloys and composite materials. In this study, bending properties of these composites are investigated both numerically and experimentally. Since these multi-layers have a very limited formability and deformation of fibers is pure elastic, the fibers cause some kind of springback that is known as a defect. In the current study, six types of specimens are prepared with variable fiber angles and thickness of layers for bending test. In addition, the bending test is optimized through the Taguchi design experimental method, until the results become independent of die and press parameters. The effects of design and fabrication parameters of fiber- metal composite on the springback are investigated in detail. The results show that the springback increases linearly with increasing punch radius and with decreasing pressure forming due to the reduction of the plastic deformation. On the other hand, by increasing the punch speed, the springback increases slightly because forming by the high-rate punch speed increases the amount of elastic recovery in aluminum sheet and induces larger springback. Moreover, when the fibers are parallel to the bending axis and the thickness of outer layers increase, the bend radius and springback decrease. The obtained results are compared partially with the FE numerical results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fiber metal laminate
  • bending
  • springback
  • finite element
  • Taguchi method

مراجع

[1] Borgonje, B.; Ypma, M.S.; “Long term behavior of  GLARE”, Application Composite Material, vol. 10, pp.243-255, 2003.
[2] Burgman, Patrik. M.; “Design of experiments- The Taguchi Way”, 2nd Edition, Manufacturing Engineering, 1990.
[3] Carden, W.D.; Geng, L.M.; Matlock, D.K.; Wangnor,R.H.; “Measurement of spring back”, International Journal of Mechanical Sciences, vol. 44, pp. 79-101, 2002.
[4] Carrillo, J.G.; Cantwell, W.J.; “Scaling effects in the tensile behavior of fiber metal laminate”, International Journal of Mechanical Sciences, vol. 44, pp. 79-101, 2002.
[5] Chan, W.M.; Chew, H.I.; Lee, H.P.; Cheok, B.T.; “Finite element analysis of spring-back of V-bending sheet metal forming processes”, Journal of Materials Processing Technology, vol. 148, pp. 15-24, 2004.
[6] Huang, M.; Leu, D., “Finite-element simulation of the bending process of steel/polymer/steel laminate sheets”,Journal of Materials Processing Technology, vol. 52, pp.319-337, 1995.
[7] Kim, S.Y.; Choi, W.J.; Park, S.Y.; “Spring-back characteristics of fiber metal laminate (GLARE) in brake forming process”, Journal of Manufacturing Technology, vol. 32, pp. 445-451, 2007.
[8] Liu, Li.; Wang, Jyhwen.; “Modeling spring-back of metalpolymer- metal laminates”, Journal of manufacturing Science and Engineering, vol. 604, pp. 599-604, 2004.
[9] Long, A.C.; “HANDBOOK Composites forming technologies”, First Edition, Woodhead Publishing, 2007.
[10] Sadighi, M.; Dariushi, S.; “An experimental study on impact behavior of fiber metal laminates”, Iranian Journal of Polymer Science and Technology, vol. 21, pp. 315-327,2008.
[11] Sadighi, M.; Tajdari, M.; Dariushi, S.; “An investigation on tensile properties of glass fiber /aluminium laminates”,Iranian Journal of Polymer Science and Technology, vol.22, pp. 31-39, 2009.
[12] Sinke, J.; “Manufacturing of GLARE Parts and Structures, Applied‌ Composite Materials”, 4th Edition,Springer, 2003.
[13] Standard Test Method for Tensile Properties of sheets, Annual book of ASTM Standard, D638, 2000.
[14] Volt, A.; Vogelesang, L.B.; De Vries, T.J.; “Towards application of fiber metal laminates in larger aircraft”,
Aircraft Engineering and Aerospace Technology, vol. 71,pp. 558-570, 1999.
[15] Wegman, R.F.; “Surface preparation techniques for adhesive bonding”, William Andrew Publishing. Noyes,1989.
[16] Weiss, M.; Rolfe, B.; Dingle, M.; Hodgson, P.; “The influence of interlayer thickness and properties on springback of sps- (steel/polymer/steel) laminates”, Steel Grips. Journal of Steel and Related Materials, vol. 2, pp.445-449, 2004.
[17] Wu, G.; Yang, J.M.; “The mechanical behavior of glare laminates for aircraft structures”, JOM. Journal in the Minerals, Metals and Materials, vol. 57, pp. 72-79, 2005.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار