پاسخ غيرخطي ضربه كم سرعت ورق كامپوزيتي فيبركربني بهبود يافته با نانولوله كربني در محيط حرارتي رطوبتي

Nonlinear Low-Velocity Impact Response of CFRP Enhanced with CNT in Hygrothermal Environments

در اين مقاله، پاسخ غير خطي ضربه كم سرعت ورق كامپوزيتي چندلايه تقويت شده با فيبر كربن و نانولوله هاي كربني در محيط حرارتي رطوبتي مورد مطالعه قرار گرفته است. خواص موثر نانوكامپوزيت سه فازي با تركيبي از معادلات هالپين تساي و مدل ميكروديناميكي به صورت سلسله مراتبي به دست مي آيند. فرض شده است نانولوله هاي كربني به صورت تصادفي و يكنواخت در ماتريس پخش شده اند. تاريخچه نيرو تماس بين ضربه زننده و ورق از مدل غير خطي هرتز پيش بيني شده است. معادلات حاكم براساس اصل كار مجازي استخراج شده و به كمك روش المان محدود و انتگرال گيري زماني نيومارك حل مي گردند. نتايج عددي نشان مي دهد با افزودن مقدار كمي نانولوله كربني (1 تا 2 درصد) به كامپوزيت هاي تقويت شده با فيبر كربن، بيشينه نيروي تماس افزايش پيدا كرده و مقدار نفوذ و مدت زمان تماس كاهش مي يابد. همچنين مشاهده شد نانولوله ها ميزان خيز ورق را در برابر ضربه را به طور قابل ملاحظه اي كاهش مي دهند.

In this study, Nonlinear low-velocity impact response of carbon fiber reinforced polymer(CFRP) composite plates enhanced with carbon nanotubes resting on elastic foundations in thermal environments is investigated. The effective material properties of the multi phase nanocomposite are calculated using Halpin–Tsai equations and fiber micromechanics in hierarchy. The carbon nanotubes are assumed to be uniformly distributed and randomly oriented through the epoxy resin matrix. Contact force between the impactor and the plate is obtained with the aid of the modified nonlinear Hertzian contact law models. The governing equations are derived based on principle of virtual work and solved by the finite element method with Newmark’s numerical integration method. Numerical results reveal that a small amount of CNT (1–2 percent) can increases the peak contact and decreases the peak indentation. Also the contact time duration and central deflection have decreased with increasing the CNT percentage.