بررسي تجربي نفوذ شبه استاتيكي نفوذ كننده با هندسه‌هاي مختلف، درون چندلايه كامپوزيتي شيشه اپوكسي

Experimental investigation of quasi-static perforation on laminated glass epoxy composites by indenters with different geometries

در اين تحقيق، تاثير هندسه نفوذ كننده بر فرآيند نفوذ شبه استاتيكي در كامپوزيت لايه‌اي شيشه/ اپوكسي با الياف بافته شده، به شكل تجربي، مورد مطالعه قرار مي‌گيرد. آزمايش‌هاي نفوذ با نرخ بارگذاري پايين، توسط نفوذ كننده‌هاي استوانه‌اي با شش هندسه دماغه تخت، نيم‌كروي، مخروطي با زاويه دماغه‌هاي 37 و 90 درجه و اجيوال با شعاع كاليبر 5/1 و 5/2، انجام شده و رفتار چندلايه كامپوزيتي، از جمله ميزان جذب انرژي، نيروي تماسي، مكانيزم‌هاي گسيختگي و نيروي اصطكاك، براي نفوذ كننده‌هاي مختلف مورد بررسي و مقايسه قرار گرفت. ماده مركب با 18 لايه الياف شيشه بافته شده با كسر حجمي الياف 45 درصد و به روش لايه چيني دستي توليد شده است. بررسي نتايج نشان مي‌دهند كه منحني نيرو- جابجايي نفوذ كننده، در حالت كلي، از پنج ناحيه تشكيل مي‌شود كه وابسته به شكل هندسي دماغه نفوذ كننده، در برخي از نفوذ كننده‌ها تعدادي از اين نواحي ديده نمي‌شوند و يا طويل‌تر يا كوتاه‌تر مي‌گردند. بيشترين نيروي تماسي را نفوذ كننده‌هاي كند ارايه مي‌كنند. نفوذ كننده اجيوال با شعاع كاليبر 5/2 به نيروي كمتري براي نفوذ كامل به درون كامپوزيت نيازمند است و از اين جهت بهترين عملكرد را نشان مي‌دهد. مقايسه انرژي جذب شده نشان مي‌دهد كه در يك جابجايي (عمق نفوذ) يكسان، هدف كامپوزيتي انرژي بيشتري از نفوذ كننده‌هاي كندتر جذب مي‌كند. نفوذ كننده مخروطي ?37 بيشترين انرژي را براي نفوذ كامل نياز دارد كه مقدار آن 6/2 برابر انرژي مورد نياز نفوذ كننده تخت است. طول دماغه بيشتر، افزايش جابجايي تا نفوذ كامل را به همراه دارد.

This paper, experimentally evaluates the effects of indenter geometry on quasi-static perforation process of laminated woven glass epoxy composites. Low loading rate tests were performed using six indenters with blunt, hemispherical, conical (cone angle of 37? and 90?) and ogival (caliber radius head of 1.5 and 2.5) nose shapes. Composite behaviors like energy absorption, contact force, failure mechanisms and friction force were investigated for different indenter shapes. Hand lay-up method has been used to manufacture composite targets with 18 layers of 2D woven glass fibers of 45% fiber volume fraction. The epoxy system is made of epon 828 resin with jeffamine D400 as the curing agent. The results show that the load displacement curve is divided to five areas. Some of these areas may have higher or lower magnitude, depending on indenter nose shape. The highest contact force is exhibited by unsharpened indenter. The lowest contact force, and so the best performance, is seen in ogival (CRH=2.5) indenter. Comparing absorbed energies shows that for an identical dent depth, the amount of absorbed energy is major for unsharpened indenters. The 37? conical indenter requires the highest energy for perforation, which is 2.6 times more than blunt indenter’s.