مطالعه تجربي و عددي رفتار ضربه كم‌سرعت كامپوزيت‌هاي زمينه پليمري هيبريدي كولار - بازالت

An experimental and numerical study on the low-velocity impact behavior of polymer matrix Kevlar-Basalt hybrid composites

امروزه كامپوزيت‌ها به دليل داشتن نسبت استحكام به وزن بسيار بالا در مقايسه با فلزات، كاربرد‌هاي بسيار زيادي در صنايع هوافضا، خودرو‌سازي، ساختمان سازي و ... پيدا كرده‌اند. يكي از بزرگترين چالش‌ها و مسائل مورد توجه رفتار اين مواد در مقابل بارهاي ضربه‌اي مي‌باشد. در اين پژوهش اثر فرآيند ضربه كم‌سرعت روي كامپوزيت هاي هيبريدي لايه‌اي بررسي شده است. كامپوزيت‌ها از جنس كولار-بازالت و به روش لايه‌گذاري دستي ساخته شدند. نمونه‌هاي ساخته شده در شش نوع مختلف لايه‌چيني شامل هيبريد نشده، هيبريد يكي درميان و هيبريد ساندويچي بودند. كليه‌ي نمونه‌ها داراي 13 لايه و ضخامت تقريباً يكسان بودند. جهت بررسي رفتار تجربي نمونه‌هاي كامپوزيتي از آزمون ضربه وزنه افتان استفاده شد. آزمون ضربه با مقدار انرژي 40 ژول به انجام رسيد. اين كار جهت مقايسه تخريب لايه‌چيني‌هاي مختلف و انتخاب بهترين و به نوعي مقاوم‌ترين نوع لايه‌چيني صورت گرفت. همه‌ي اين آزمايش‌ها در نرم‌افزار المان محدود آباكوس مدل سازي شده و مورد تحليل قرار گرفت. در پايان نتايج تجربي و عددي مقايسه و ميزان خطاي خروجي آن‌ها بدست آورده شد. نتيجه كلي گرفته شده نشان‌دهنده آن است كه هيبريد كردن كامپوزيت‌ها تأثير بسيار خوبي در خواص ضربه آن‌ها دارد. مقدار انرژي جذب شده در نمونه‌هايي كه بصورت يكي در ميان هيبريد شده‌اند از هر حالت ديگري بيشتر است.

Composite materials are used widely in military, nuclear, vehicle, and aerospace industries because of the high strength-to-weight ratio. One of the biggest challenges about these materials is the behavior of them under impact or high strain rate loadings. In this research, the effect of the low-velocity impact on the hybrid-laminated Kevlar-Basalt composites is investigated. These composites plates are made by Hand-layup method. The samples made of six type of stacking sequence contains sandwich hybrid, intercalated and not hybrid. All of the samples have 13 layers and same thickness. To apply an impact load to specimens, Drop-weight test setup is used. The experimental tests have been done for 40J applied energy. The aim of this research is to comparison the destruction rate of the different samples and select the best and most resistance one. In addition to experiential testing, all specimens are simulated in finite element software ABAQUS and have been analyzed. At the end, experimental and numerical results are compared. The results show that the composite hybridization has very excellent effect on their impact properties. The absorbed energy of the samples that have hybridized with intercalated configuration is more than other samples.