تعیین چقرمگی شکست بین لایه‌ای در چند لایه‌های کامپوزیتی کربن/اپوکسی با روش نشرآوایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

کامپوزیت‌ها شاخه مهمی از مواد پیشرفته مهندسی هستند که به دلیل داشتن ویژگی‌های منحصر به فردی به طور گسترده در صنعت از آنها استفاده می‌شود. در این مواد امکان وقوع انواع خرابی‌ها وجود دارد. جدایش بین‌لایه‌ای یکی از شایع‌ترین انواع خرابی‌ در چندلایه‌های کامپوزیتی بوده که در انواع بارگذاری‌های مود I، II یا ترکیبی از این مودها اتفاق می‌افتد. در پژوهش حاضر، به بررسی رفتار مکانیکی و نشرآوایی جدایش بین‌لایه‌ای در کامپوزیت‌های چند لایه کربن/ اپوکسی پرداخته شده و با استفاده از روش نشرآوایی، چقرمگی شکست بین‌لایه‌ای کامپوزیت تعیین می‌شود. نمونه‌های استاندارد، تحت شرایط مختلف بارگذاری مود I، مود II و مود ترکیبی I و II قرار گرفتند. ابتدا، مقادیر چقرمگی شکست بین‌لایه‌ای، با استفاده از روش‌های ارائه شده در استانداردهای ASTM D5528 و ASTM D6671 محاسبه شده‌است. در ادامه، با استفاده از روش نشرآوایی، چقرمگی شکست بین‌لایه‌ای در نمونه‌ها تعیین گردیده‌است. نتایج بدست آمده نشان دهنده تطابق مطلوب مقادیر چقرمگی شکست بدست آمده از روش نشرآوایی با مقادیر حاصل از استاندارد است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Acoustic Emission based Methodology to Evaluate the Fracture Toughness in carbon/epoxy composites

نویسندگان [English]

  • R. Mohammadi 1
  • M. Saeedifar 1
  • M. Ahmadi Najafabadi 1
  • H. Hosseini Toudeshky 2
1 Department of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
2 Department of Aerospace Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Fiber-Reinforced Polymer (FRP) composites are an important category of advanced engineering materials. These materials are widely used in the industry due to their unique characteristics such as high specific strength and stiffness. In FRP composite materials, there are several failure mechanisms such as matrix cracking, fiber breakage, fiber/matrix debonding and delamination. Delamination is the most striking one. In this paper, mechanical and acoustic emission (AE) behaviors of delamination are investigated under the actual operation loading modes (i.e. mode I, mode II and the combination of these pure modes). The composite laminates have been fabricated with 14 layers of woven carbon/epoxy prepregs. DCB, ENF and MMB specimens were prepared according to ASTM D5528 and D6671 standards and subjected to the different loading modes. First, inter-laminar fracture toughness of the specimens is calculated using the represented methods in ASTM D5528 and ASTM D6671 standards. Then, fracture toughness of the specimens is determined using the AE-based methods. The results indicate that, the AE-based methods have good applicability to determine the fracture toughness of the composite materials.

کلیدواژه‌ها [English]

  • delamination
  • acoustic emission
  • Interlaminar fracture toughness
  • Carbon/Epoxy

مراجع

[1] Yousefi, J., Ahmadi M., Nazmdar M., Hajikhani M.,“Investigation of damage mechanisms of Glass/Epoxy composite laminates using nondestructive acoustic emission method”, in: prediction of aviation and industrial Worn out structures life conference, Tehran,2011.
[2] Sause M.G., Müller T., Horoschenkoff A., Quantification of failure mechanisms in mode-I loading of fiber reinforced plastics utilizing acoustic emission analysis,Composites Science and Technology, 72(2) (2012): 167-174.
[3] Fotouhi M., Heidary H., Ahmadi M., Pashmforoush F., “Characterization of composite materials damage under quasi-static three-point bending test using wavelet and fuzzy C-means clustering”, Journal of Composite Materials, 46(15) (2012): 1795-1808.
[4] S. Sridharan, “Delamination behavior of composites”, 1 ed, Woodhead Publishing Limited, 2008.
[5] R.K. Miller, “Nondestructive testing handbook:acoustic emission testing”, 5 ed, American Society for Nondestructive Testing, 1987.
[6] Pashmforoush F., Fotouhi M., Ahmadi M., “Damage characterization of glass/epoxy composite under threepoint bending test using acoustic Emission technique”.Journal of Materials Engineering and Performance,21(7) (2012): 1380-1390.
[7] Benzeggagh M.L., Kenane M., “Measurement of mixedmode delamination fracture toughness of unidirectional glass/epoxy composites with mixedmode bending apparatus”. Composites Science and Technology, 56(4)(1996): 439-449.
[8] Refahi Oskouei A., Zucchelli A., Ahmadi M., Minak G., “An integrated approach based on acoustic emission and mechanical information to evaluate the delamination fracture toughness at mode I in composite laminate”. Materials & Design, 32(3) (2011): 1444-1455.
[9] Arumugam V., Kumar C. S., Santulli C., Sarasini F., Stanley A., “Identification of Failure Modes in Composites from Clustered Acoustic Emission Data Using Pattern Recognition and Wavelet Transformation”,Arabian Journal for Science and Engineering, 38(5)(2012): 1087-1102.
[10] Fotouhi M., Heidary H., Ahmadi M., Pashmforoush F.,“Characterization of composite materials damage under quasi-static three-point bending test using wavelet and fuzzy C-means clustering”. Journal of Composite Materials, 46 (15) (2012): 1795-1808.
[11] Yousefi J., Ahmadi M., Shahri M. N., Oskouei A. R.,Moghadas F. J., 2014. “Damage Categorization of Glass/Epoxy Composite Material Under Mode II Delamination Using Acoustic Emission Data: A Clustering Approach to Elucidate Wavelet Transformation Analysis”, Arabian Journal for Science and Engineering, 39(2)(2014):1325-1335.
[12] Saeedifar M., Fotouhi M., Ahmadi Najafabadi M., Hosseini Toudeshky H., “Interlaminar fracture toughness evaluation in glass/epoxy composites using acoustic emission and finite element methods”, Journal of Materials Engineering and Performance, 24(1) (2015)373-384.
[13] ASTM D5528-01, “Standard test method for mode I interlaminar fracture toughness of unidirectional  fiberreinforced polymer matrix composites”, in: ASTM International Standard, West Conshohocken, PA, 2007.
[14] ASTM D6671/D6671M – 03, “Standard test method for mixed mode I-mode II interlaminar fracture toughness of unidirectional fiber reinforced polymer matrix composites”. ASTM International Standard,West Conshohocken, PA, 2003.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 49، شماره 2
مرداد 1396
صفحه 379-386

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار