31297

اثر تورق ناشي از سوراخ‌كاري بر استحكام صفحات كامپوزيتي كربن اپوكسي تحت بار خمشي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1400

1403/4/19

دكتر فتح‌الله طاهري بهروز

-

مهندسي مكانيك

سوراخ‌كاري چندلايه‌هاي كامپوزيتي باعث بروز آسيب تورّق بين لايه‌هاي صفحات كامپوزيتي مي‌شود. روش‌هاي مختلف سوراخ‌كاري باعث تغيير ميزان تورق ايجادشده مي‌گردد. بدين منظور چندلايه‌هاي كامپوزيتي تحت حالت‌هاي مختلف، سوراخ‌كاري شده و آزمون خمشي بر روي آن‌ها انجام گرديد. ميزان تورق سطح ورودي مته با سطح خروجي متفاوت بوده و باعث تفاوت در استحكام خمشي چندلايه‌ي كامپوزيتي مي‌شود. استفاده از صفحه‌ي پشتيبان، مشخصه‌ي تورق را در سطح ورودي مته 8/1 درصد و در سطح خروجي 6/3 درصد كاهش داد. مشخصه‌ي تورق سطح خروجي مته 17 درصد بيشتر از تورق سطح ورودي مته با قطر 5/3 ميلي‌متر بود، كه استفاده از مته‌ي 6 ميلي‌متر، تفاوت ميزان تورق را به 6/25 درصد ‌رساند. تفاوت مشخصه‌ي تورق سطوح باعث شد نيروي بحراني قابل تحمل چندلايه‌ي كامپوزيتي در بارگذاري خمشي 4/12 درصد و در بارگذاري برشي 4/1 درصد تفاوت ايجاد كند. نيروي بحراني چندلايه‌هاي كامپوزيتي پيش‌سوراخ‌شده نسبت به سوراخ‌كاري‌شده، در حالت خمش خالص 3/22 درصد، در حالت خمش معكوس 5/18 درصد و در حالت پادمتقارن كه معرف بارگذاري برشي است، 4/2 درصد كمتر بود؛ كه تأثير فرآيند سوراخ‌كاري و آسيب تورق بر افت استحكام خمشي و برشي را واضح‌تر نشان مي‌دهد. با تحليل موقعيت تكيه‌گاه‌ها مشخص شد نوع آسيب در حالت‌هاي خمش متقارن خالص و معكوس به صورت شكست الياف بود كه ناشي از بيشتر بودن گشتاور خمشي نسبت به نيروي برشي، در اطراف سوراخ بود. همچنين نوع آسيب در حالت بارگذاري خمشي پادمتقارن به صورت تورق ناگهاني بين لايه‌ها اتفاق افتاد كه از بيشتر بودن نيروي برشي نسبت به گشتاور خمشي در اطراف سوراخ، اين مسئله قابل پيش‌بيني بود. در اين پژوهش علاوه بر مطالعه‌ي موردي روش‌هاي مختلف سوراخ‌كاري بر تورق و در نتيجه كاهش استحكام خمشي و برشي، تأثير نرخ بارگذاري آزمون بر افت اين مشخصه‌ها نيز بررسي گرديده است. واژه‌هاي كليدي: چندلايه‌هاي كامپوزيتي كربن، تورق ناشي از سوراخ‌كاري، بارگذاري خمشي و برشي، خواص مكانيكي.

1403/07/15

The effect of drilling-induced delamination on the bending and shear strength of carbon/epoxy composites

7/9/2025 12:00:00 AM

Drilling of laminated composites causes delamination between layers. Different drilling methods change the delamination factor. Also, the level of the entrance delamination is different from the exit surface’s delamination, and causes a difference in the bending strength of laminated composites. The use of the support plate reduced the delamination at the entrance surface of the drill by 1.8% and at the exit surface by 3.6%. The delamination of the exit surface of the drill was 17% more than the delamination at the entrance surface with a diameter of 3.5 mm, and the use of 6 mm drill brought the difference in delamination to 25.6%. The difference in the delamination factor of the surfaces, made the tolerable critical force of laminated composites differ by 12.4% in bending loading and 1.4% in shear loading. The critical force of pre-drilled laminated composites was 22.3% less in pure bending mode, 18.5% in reverse bending mode and 2.4% less in anti-symmetric mode, which represents shear loading; which clearly shows the impact of the drilling process and the delamination on the loss of bending and shear strength. By analyzing the position of the supports, it was determined that the type of damage in pure and reverse symmetric bending modes was in the form of fiber breakage, which was caused by the bending moment being greater than the shear force around the hole. Also, the type of damage in the case of anti-symmetric bending loading occurred in the form of sudden collapse between the layers, which was predictable from the fact that the shear force was greater than the bending moment around the hole. In this research, in addition to the case study of different drilling methods on the delamination and as a result of reducing the bending and shear strength, the effect of the test loading rate on the loss of these mechanical characteristics has also been investigated. Key words: Carbon/epoxy composites, Drilling-induced delamination, Bending and shear loading, Mechanical characteristics.

چندلايه‌هاي كامپوزيتي كربن , تورق ناشي از سوراخ‌كاري , بارگذاري خمشي و برشي , خواص مكانيكي

Carbon/epoxy composites , Drilling-induced delamination , Bending and shear loading , Mechanical characteristics

Arsalan Azami

Dr. Fathollah Taheri-Behrooz