20421

۲۰۴۲۱

تاثير افزودن نانو صفحات اكسيد گرافن و نانو لوله هاي كربني چند ديواره بر بهبود رفتار چند لايه هاي فلز – الياف در برابر ضربه سرعت بالا

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي

۱۳۹۷

۱۳۹۷/۱۲/۲۱

دكتر هادي خرمي شاد

مكانيك

يكي از پركاربردترين سازه هاي ساندويچي، چند لايه هاي فلز – الياف مي باشند كه به سبب مقاومت خوبي كه در بارگذاري هاي خستگي و ضربه اي از خود نشان داده اند، در صنايع مختلفي از جمله هوافضا و صنايع نظامي كاربرد پيدا كرده اند. در همين راستا، چند لايه فلز الياف مورد استفاده در اين پژوهش شامل دو رويه آلومينيوم 2024 و يك هسته كامپوزيتي متشكل از 6 لايه الياف شيشه بافته شده مي باشد. رزين مورد استفاده در فرايند لايه چيني، از نوع اپوكسي بوده است. به منظور بررسي تاثير افزودن نانو ذرات بر بهبود خواص مكانيكي و به خصوص ضربه اي چند لايه هاي فلز الياف، نمونه هاي ساخته شده در حالت هاي 0، 25/0، 5/0و 1 درصد وزني نانو صفحات اكسيد گرافن بوده اند. نمونه ها ابتدا تحت آزمون ضربه با گلوله كروي و با سرعت ورودي 235 متر بر ثانيه قرار گرفتند و نتايج سرعت خروجي، به وسيله يك كرنوگراف ثبت شد. نتايج حاكي از آن بوده است كه با افزودن نانو گرافن در رزين، در درصدهاي وزني 25/0 و 5/0 ، بهبود خواص مشاهده شده است و بيشينه اين افزايش خواص در حالت 5/0 درصد وزني گزارش شده است كه ميزان جذب انرژي را به مقدار 23 درصد نسبت به نمونه بدون نانو گرافن افزايش داده است. البته درحالت 1 درصد وزني نسبت به نمونه بدون نانو گرافن، افت خواص مشاهده شده است. نتايج حاصل از آزمون كشش نيز همانند آزمون ضربه، گوياي اين موضوع بوده كه بيشينه افزايش خواص در حالت 5/0 درصد وزني از نانو گرافن و با افزايش 57 درصدي استحكام همراه بوده است. پس از مشاهده بيشينه بهبود خواص در حالت 5/0 درصد وزني از نانو گرافن، پا را فراتر گذاشته و در حالت 5/0 درصد وزني و در حالت تركيبي، علاوه بر افزودن نانو گرافن با نسبت 1 به 1 ، نانو لوله كربني چند ديواره نيز افزوده شد. نتايج حاكي از نزديكي خروجي ها در حالات 5/0 درصد وزني نانو گرافن و 5/0 درصد وزني نانو لوله كربني/گرافن بوده است و فقط 3 درصد افت خواص در حالت تركيبي نسبت به حالت نانو گرافنِ تنها مشاهده شد. با بررسي هايي كه توسط ميكروسكوپ الكتروني صورت گرفت، مشخص شد كه با افزودن نانو ذرات در رزين، ميزان چسبندگي الياف و رزين افزايش يافته ولي ميزان چسبندگي بين آلومينيوم و كامپوزيت كاهش پيدا كرده است و همچنين مكانيزم جذب انرژي بهبود يافته است. اما در حالت 1 درصد وزني، به دليل ايجاد كلوخگي، اين مكانيزم، افت داشته است. همچنين با افزودن نانو ذرات، ميزان لايه لايه شدگي و ترك در ماتريس كاهش پيدا كرده است. با افزودن نانو ذرات در رزين، وسعت آسيب در لايه كامپوزيتي متصل به آلومينيوم پشت هدف كاهش پيدا كرده ولي ميزان جدايش لايه آلومينيومي از هسته كامپوزيتي افزايش پيدا كرده است. واژه هاي كليدي: چند لايه فلز- الياف، نانو گرافن اكسايد، مكانيزم جذب انرژي، ضربه بالستيك

1398/02/14

The effect of graphene oxide nanoplates and Multi-walled carbon nanotubes on behavior of fiber-metal-laminates against high-velocity impact

3/11/2020 12:00:00 AM

In this research, the effect of adding graphene oxide nanoplates and multi walled carbon nanotubes (MWCNTs) on the improvement of ballistic behavior of fiber metal laminates (FMLs) was investigated. FML used in this research consisedt of two layers of aluminum (2024-T3) and composite layer including epoxy resin and woven glass fibers. The unreinforced and reinforced FMLs with different nano-graphene weight percentages of 0.25, 0.5 and 1 were manufactured and tested under high-velocity impact loading using a gas gun and a spherical projectile. Moreover, tensile tests were performed on the unreinforced and reinforced composite laminates of FMLs. Incorporating 0.5 wt% of nano-graphene into the composite laminate of FML resulted the maximum reduction of 33% in projectile residual velocity and the maximum increase of 23% in the absorbed energy during projectile perforation compared to the unreinforced FMLs. Morover, the combined graphene oxide nanoparticles and MWCNTs were used to reinforce the specimens. It was found that no significant change was obtained compared to the single-nanoparticle reinforcement. This was consistent with the tensile test results in which maximum improvements in the strength, stiffness and toughness were obtained for the 0.5 wt% nano-grapheme oxide-nanocomposite. The detailed visual inspections and SEM images showed that adding nanoparticles improved the resin-fiber adhesion consequently reduced the composite delamination and matrix cracking. By adding nanoparticles in the resin, the extent of damage in the composite layer was reduced to the target. But the degree of separation of the aluminum layer from the composite core has increased since as mentioned nanoparticles in the resin adhesion to aluminum has fallen.In other word, nanoparticles weakened bonding between the aluminum and composite layers and allowed the aluminum layer to experience larger plastic deformation. Keywords: Fiber metal laminates, Graphene oxide nanoplates, Energy absorbing mechanism, Ballistic impact