اثر شوك حرارتي بر رفتار كششي و رشد ترك در كامپوزيت اپوكسي/الياف شيشه

Effect of thermal shock on tensile behavior and crack growth of epoxy/glass fiber composite

كامپوزيت‌هاي پليمري تقويت شده با الياف، در كاربردهاي مختلف، به‌ طور مكرر در معرض شوك حرارتي قرار دارند. در چنين كاربردهايي، بررسي رفتار مكانيكي كامپوزيت، تحت تأثير تغييرات آني دما، اهميت فراواني دارد. بنابراين، هدف از اين پژوهش، بررسي رفتار كششي و رشد ترك در كامپوزيت اپوكسي/الياف شيشه پس از مواجهه با شوك حرارتي است. نمونه هاي كامپوزيت اپوكسي/الياف شيشه (به دو صورت فاقد حفره و داراي حفره مياني)، در معرض تغييرات ناگهاني دما (از محيط به زير صفر) قرار داده شدند. با اعمال روش‌هاي پردازش تصوير بر تصوير نمونه تحت آزمون، تغييرات طول ترك در زمان‌هاي مختلف ارزيابي شد. با تئوري كلاسيك مكانيك شكست و رويكرد انرژي ايروين-گريفيث، فاكتور تشديد تنش و نرخ رهايش انرژي محاسبه شد. نتايج نشان داد با كاهش دما، مدول الاستيك نمونه افزايش مي يابد. وليكن، نمونه هاي شوك يافته در مقايسه با نمونه هاي معمولي، افت شديد چقرمگي، كاهش طول بحراني ترك و نرخ رهايش انرژي بحراني كمتري را تجربه مي كنند.

Fiber reinforced polymer composites in various applications are frequently exposed to thermal shocks. In such applications, investigating mechanical behavior of composite influenced by sudden temperature changes is of great importance. Therefore, the main objective of this research is to investigate tensile behavior and crack growth of epoxy/glass fiber composite subjected to thermal shocks. Epoxy/glass fiber composite samples (in two different forms of hole-free and containing a circular hole) were subjected to sudden temperature changes (ambient to subzero). Using image processing techniques on sample images, changes of crack length with time were evaluated. Stress intensity factor and energy release rate were calculated based on classic theories of fracture mechanics and Irwin-Griffith energy approach. Results revealed that higher elastic modulus of composites was obtained with reducing temperature. However, compared to the normal samples, the shocked samples experience considerable reduction of toughness, reduced critical crack length and less critical energy release rate.