بررسی ایجاد جدایش بین‌لایه‌ای و پیش‌بینی منحنی رشد آن در چندلایه‌های کامپوزیتی شیشه/اپوکسی با روش آکوستیک امیشن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوى دکترى، دانشکده مهندسى مکانیک، دانشگاه صنعتى امیرکبیر

2 دانشیار، دانشکده مهندسى مکانیک، دانشگاه صنعتى امیرکبیر

3 استاد، دانشکده مهندسى هوافضا، دانشگاه صنعتى امیرکبیر

چکیده

به دلیل نیاز به ساخت سازه‌هایی با قابلیت اطمینان بالا، تشخیص ایجاد خرابی‌ و پایش رشد آسیب در سازه‌ها امری ضروری به نظر می‌رسد. جدایش بین‌لایه‌ای شایع‌ترین مکانیزم خرابی‌ در چندلایه‌های کامپوزیتی است. پژوهش حاضر، ایجاد و گسترش جدایش بین لایه‌ای در کامپوزیت‌های چندلایه‌ای شیشه/ اپوکسی را با روش آکوستیک امیشن، مورد بررسی قرار می‌دهد. ابتدا، نمونه‌های استاندارد با لایه‌چینی‌های مختلف ساخته شده و تحت بارگذاری شبه‌استاتیکی مود I قرار می‌گیرند. رفتار خرابی بین لایه‌ای در دو بخش بررسی می‌شود. در بخش نخست، تمرکز اصلی بر مرحله آغاز خرابی در نمونه‌ها بوده و با روش آکوستیک امیشن مراحل ایجاد خرابی در نمونه‌ها مشخص می‌شود. در بخش دوم، رشد و گسترش جدایش بین لایه‌ای در نمونه‌ها با روش آکوستیک امیشن بررسی می‌شود. در این بخش، با تعیین سرعت امواج آکوستیک امیشن در نمونه‌ها و ارائه روشی برای فیلتر نمودن سیگنال‌ها ناخواسته، موقعیت لحظه‌ای نوک جدایش بین لایه‌ای در نمونه‌ها پیش‌بینی می‌شود. نتایج بدست آمده از این پژوهش، نشان دهنده عملکرد مطلوب روش آکوستیک امیشن در بررسی رفتار آغاز و گسترش خرابی بین لایه‌ای و پیش بینی منحنی رشد جدایش بین لایه‌ای در نمونه‌های کامپوزیتی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of initiation and evolution of delamination in glass/epoxy laminated composites using acoustic emission method

نویسندگان [English]

  • Milad Saeedifar 1
  • Mehdi Ahmadi Najafabadi 2
  • HOSEYN HOSEYNI 3
  • REZA MOHAMMADI 1
چکیده [English]

In order to access the reliable structures, detection of the damages initiation and evolution in materials is necessary. Delamination is the most common failure mode in laminated composites. The present study is concerned with an investigation of initiation and propagation behavior of delamination using Acoustic Emission (AE) method. In this work, various lay-ups of glass/epoxy composite laminates have been fabricated and subjected to mode I quasi-static loading condition. The behavior of delamination is investigated in two sections. In the first section, the main focus is on the initiation of damage. In this section, initiation of various damage mechanisms are determined using AE method. In the second section, evolution of delamination is investigated using AE. In order to determine the instantaneous crack tip position during the propagation of delamination, at first, AE wave velocity in the specimens is specified. Then, using the proposed method, unwanted signals are eliminated. The obtained results indicate that AE method has a good performance to detect initiation stage of interlaminar damage and also to determine the delamination propagation in the laminated composite structures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • delamination
  • acoustic emission
  • Mode I loading
 [1] Fotouhi M., Heidari H., Pashmforoush F., Ahmadi M., 2012. “Composite materials damage characterization under quasi-static 3-point bending test using fuzzy c-means clustering”. Applied Mechanics and Materials,  110-116, pp. 1221-1228.
[2] Hajikhani M., Soltannia B., Refahi Oskouei A., Ahmadi Najafabadi M., 2009. “ Monitoring of delamination in laminated composites using acoustic emission”,  4th Conference of Condition Monitoring & Fault Detection, Tehran, Iran (In Persian).  [3] Amenabar I., Mendikute A., López-Arraiza A.,
Lizaranzu M., Aurrekoetxea J., 2011. “Comparison and analysis of non-destructive testing techniques suitable for delamination inspection in wind turbine blades”,  Composites Part B: Engineering, 42, No. 5, pp. 1298- 1305.
[4] Yousefi J., Ahmadi Najafabadi M., Nazmdar M.,  Hajikhani M., 2011. “Investigation of damage
mechanisms in glass/epoxy composites using acoustic emission method”, 1st Conference of Iranian Aircraft Structural Integrity Program, Tehran, Iran (In Persian).
[5] Nazmdar Shahri M., Yousefi J., Hajikhani M., Ahmadi Najafabadi M., 2010. “ Determination of delamination in composite materials under mode I loading using acoustic emission”, 11th Iranian Conference on Manufacturing Engineering, Tabriz, Iran (In Persian).
[6] Benzeggagh M.L., Kenane M., 1996. ”Measurement of mixed-mode delamination fracture toughness of unidirectional glass/epoxy composites with mixedmode bending apparatus”, Composites Science and
Technology, 56, No. 4, pp. 439-449.
[7] Refahi Oskouei A., Ahmadi M., 2010. “Acoustic emission characteristics of mode I delamination in
glass/polyester composites”. Journal of Composite Materials, 44, No. 7, pp. 793-807.
 [8] Silversides I., Maslouhi A., LaPlante G., 2013.  “Interlaminar fracture characterization in composite
materials by using acoustic emission”. 5th International Symposium on NDT in Aerospace, Singapore.
[9] Fotouhi M., Heidary H., Ahmadi M., Pashmforoush F.,  2012. “Characterization of composite materials damage under quasi-static three-point bending test using wavelet and fuzzy C-means clustering”, Journal of Composite Materials, 46, No. 15, pp. 1795-1808.
[10] Pashmforoush F., Fotouhi M., Ahmadi M., 2012.  “Damage characterization of glass/epoxy composite
under three-point bending Test using acoustic emission technique”, Journal of Materials Engineering and
Performance, 21, Issue 7, pp. 1380-1390.
[11] Romhany G., Szebényi G., 2012. “Interlaminar fatigue crack growth behavior of MWCNT/carbon
fiber reinforced hybrid composites monitored via newly developed acoustic emission method”, Express
Polymer Letters, 6, No. 7, pp. 572-580.
[12] ASTM D5528-01, 2003. “Standard Test Method for Mode I Interlaminar Fracture Toughness
of Unidirectional Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composites”, ASTM International, West Conshohocken, PA.
[13] Sih G. C., 1991. “Mechanics of Fracture Initiation and Propagation”, Springer.
[14] Cesari F., Dal Re V., Minak G., Zucchelli A., 2007.  “Damage and residual strength of laminated carbon– epoxy composite circular plates loaded at the centre”,  Composites: Part A, 38, pp. 1163–1173.
[15] Anderson T.L., 2005. “Fracture Mechanics;  fundamentals and applications”, 4th Edition, Taylor &
Francis, pp. 27
[16] McCrory J. P., Al-Jumaili S. K., Crivelli D., Pearson M. R., Eaton M. J., Featherston C. A., Guagliano M.,
Holford K. M., Pullin R., 2015. “Damage Classification in Carbon Fibre Composites Using Acoustic Emission:  A Comparison of Three Techniques”, Composites: Part
B, 68, pp. 424–430.
[17] Ziehl P.H., 2000. “Development of a damage based design criterion for fiber reinforced vessels”, Ph.D Thesis, The University of Texas at Austin.
[18] Bohse J., 2000. “Acoustic Emission Characteristics of Micro-failure Processes in Polymer Blends and
Composites”, Composites Science and Technology, 60,  Issue 8, pp. 1213-1226.
[19] Groot P.J., Wijnen A. M., Janssen R. B. F., 1995. “Realtime frequency determination of acoustic emission for different fracture mechanisms in carbon/epoxy composites”, Composites Science and Technology, 55,  pp. 405-412.
[20] Arumugam V., Suresh Kumar C., Santulli C., Sarasini F., Stanley A. J., 2011. “A Global Method for the Identification of Failure Modes in Fiberglass Using Acoustic Emission” Journal of Testing and Evaluation,  39, Issue 5, pp. 1-13.
[21] Talreja R., Singh C.V., 2012. “Damage and Failure of Composite Materials”, Cambridge University Press,  pp. 248-255.
[22] Talreja R., 1990. “Internal variable damage mechanics of composite materials”. In “Yielding, Damage, and Failure of Anisotropic Solids”, editor: Boehler J.P.,  London: Mechanical Engineering Publications, pp.
509–533.