فهرست مطالب

علوم و فناوری کامپوزیت - سال سوم شماره 3 (پیاپی 9، پاییز 1395)

نشریه علوم و فناوری کامپوزیت
سال سوم شماره 3 (پیاپی 9، پاییز 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/09/06
  • تعداد عناوین: 12
|
  • احمد بیدی، غلامحسین لیاقت*، غلامحسین رحیمی صفحات 207-214
    در این تحقیق اثر انحنای دولایه فولاد- پلی اوریا در مقابل بار ضربه ای به صورت عددی و تجربی بررسی شده است. در مدل عددی، ورق تک لایه فولادی و دولایه فولاد- پلی اوریا در 12 شعاع انحنای مختلف تحت اثر بار ضربه ای قرار گرفته و تحلیل شده است. برای صحه گذاری روش عددی، از مدل تجربی برای سه انحنا از 12 انحنای مورد نظر استفاده شده است. برخورد به صورت سقوط آزاد وزنه بوده و ارتفاع پرتاب وزنه 30 سانتی متر می باشد. نمونه دو لایه از ورق فولادی اس تی 14 و لایه پلیمری از جنس پلی اوریا تشکیل و مورد آزمایش قرار گرفته است. پارامترهای مهمی مانند تغییر شکل ماندگار دولایه و همچنین تغییرات شتاب ضربه زننده در لحظه شروع برخورد تا زمان توقف کامل قطعه اندازه گیری شده اند. در روش تجربی شتاب ضربه زننده، توسط سنسور شتاب سنج اندازه گیری شده و تغییر شکل ماندگار ورق دولایه نیز اندازه گیری شده است. در مدل عددی، تحلیل با استفاده از نرم افزار ال- اس- داینا انجام شده است. نتایج روش تجربی و مدل عددی سازگاری خوبی با یکدیگر داشته اند لذا نتایج هر دو روش تجربی و عددی تحقیق نشان می دهد با افزایش شعاع انحنای ورق، مقدار حداکثر تغییر شکل ماندگار کاهش یافته ولی شتاب برخورد افزایش می یابد. البته با افزایش بیشتر شعاع ورق (نزدیک شدن رفتار قطعه به ورق مسطح) حداکثر شتاب ضربه زننده و همچنین حداکثر تغییر شکل ماندگار، ثابت می مانند.
    کلیدواژگان: کامپوزیت، پلی اوریا، آزمایش سقوط آزاد، تغییر شکل ماندگار، شتاب ضربه
  • بیژن محمدی*، بابک فضلعلی صفحات 215-224
    نسبت مقاومت و سفتی به وزن بالا، از مهم ترین مزیت های کامپوزیت ها بوده که باعث کاربرد گسترده این مواد در صنایع مختلف شده است. کامپوزیت ها به دلیل وجود مکانیزم های آسیب مختلف و نرخ متفاوت رشد و تاثیر این مکانیزم ها بر یکدیگر نسبت به فلزات دارای پیچیدگی بیشتری می باشد. در این مقاله، به منظور پیش بینی عمر خستگی و شبیه سازی افت سفتی در چندلایه های کامپوزیتی تحت بارگذاری خستگی مدلی مبتنی بر مکانیک خرابی محیط های پیوسته توسعه داده شده است. متغیرهای آسیب برای شبیه سازی افت خواص الاستیک در رزین، الیاف و جهت برشی در نظر گرفته می شوند. ثابت های مادی در قوانین رشد آسیب رزین، الیاف و جهت برشی، از آزمایشات روی چند لایه های تک جهته ، و چندلایه متعامد قابل استخراج می باشد. به منظور ارزیابی مدل در بارگذاری چندجهته، نسبت های تنش متفاوت و وضعیت های تنش دلخواه از نتایج تجربی در دسترس بر روی چند لایه های تک جهته کامپوزیتی ، و تحت بارگذاری کششی استفاده شده است. همچنین به منظور ارزیابی مدل برای چندلایه های کامپوزیتی دارای تمرکز تنش از نتایج آزمایشی بر روی چندلایه متعامد و تحت بارگذاری پین استفاده شده است. نتایج حاصل بیانگر توانایی مدل در پیش بینی عمر خستگی چند لایه های تک جهته و متعامد کامپوزیتی تحت بارگذاری تک جهته و چند جهته و در وضعیت های مختلف تنش می باشد.
    کلیدواژگان: مکانیک خرابی محیط های پیوسته، عمر خستگی، افت سفتی، چندلایه های کامپوزیتی
  • رسول عباسی، حسین حیدری*، محمدحسین پل صفحات 225-232
    امروزه استفاده از مواد کامپوزیتی به ویژه در صنایع هوافضا و خودروسازی به طور روز افزونی در حال افزایش می باشد. سوراخ کاری فرآیند اصلی برای مونتاژ کردن اجزای کامپوزیتی است. آسیب های فرایند سوراخ کاری مانند جدایش بین لایه ای و ترک خوردگی ماتریس در اطراف سوراخ، در نهایت ممکن است باعث افت در استحکام باقیمانده ی اجزای سوراخ کاری شده، شود. در این مقاله اثر پارامترهای سوراخ کاری نظیر نرخ پیشروی، سرعت اسپیندل و قطر مته سوراخ کاری بر نیروی محوری و فاکتور جدایش بین لایه ای برای نمونه های کامپوزیتی با درصدهای مختلف نانو لوله کربنی اصلاح شده، بررسی شده است. همچنین در این تحقیق از روش تاگوچی برای طراحی آزمایش به منظور تجزیه و تحلیل تاثیر پارامترهای ماشین کاری بر نیروی محوری و فاکتور جدایش بین لایه ای استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که با افزودن نانو لوله کربنی تا درصد مشخصی (در حدود 5/0 درصد وزنی)، نیروی محوری و جدایش بین لایه ای کاهش می یابد. همچنین با کاهش نرخ پیشروی و افزایش سرعت اسپیندل
    کلیدواژگان: نانو کامپوزیت، نرخ پیشروی، سرعت اسپیندل، نیروی محوری، فاکتور جدایش لایه ای اصلاح شده
  • احمدرضا قاسمی*، کمیل حسین پور صفحات 233-242
    در این تحقیق خزش و توزیع کرنش های خزشی و مماسی و نسبت تنش موثر بر فشار داخلی در یک استوانه جدار ضخیم شیشه/ونیل-استر برای زمان های طولانیمدت، مطالعه شده است. با استفاده از معادلات ساختاری شپری، ثابت های این معادلات در دماها و تنش های مختلف استفاده شده است. استوانه کامپوزیتی نیز با هندسه متقارن، طول بلند و زوایای چیدمان 0، 45 و 90 درجه به شکل چندلایه تک جهته مدل سازی شده است. بارگذاری استوانه شامل فشار داخلی و اختلاف درجه حرارت برای دماهای متفاوت مورد نظر بوده و از تئوری کلاسیک لایه ای استفاده شده است. مدل ویسکوالاستیک مورد نظر با استفاده از روابط پرانتل- روس و روش تقریب عددی مندلسون تحلیل شد و توزیع کرنش های خزشی و تنش موثر در ضخامت جداره برای چندلایه های گوناگون و اختلاف درجه حرارت متفاوت برای مدت زمان 15 سال ترسیم و تحلیل شده است. نتایج این پژوهش افزایش میزان نسبت تنش موثر بر فشار داخلی و کرنش خزشی شعاعی و مماسی با افزایش دما در چندلایه های تک جهته با زاویه الیاف 0 و 90 درجه را نشان می دهد. همچنین در چیدمان با زاویه الیاف 45 درجه با افزایش تغییرات دمایی نسبت تنش موثر بر فشار داخلی کاهش یافته و مقادیر کرنش خزشی شعاعی و مماسی در جداره درونی از نظر قدرمطلقی افزایش و در جداره خارجی از نظر قدرمطلقی کاهش می یابند.
    کلیدواژگان: استوانه کامپوزیتی، خزش بلندمدت، انتگرال یگانه شپری، چندلایه تک جهته
  • آزاده ارژنگ پی، ابوالفضل درویزه*، مهدی یار محمد توسکی، رضا انصاری صفحات 243-252
    در کار حاضر، ضربه کم سرعت عرضی خارج از مرکز روی مکان های مختلف از ورق کامپوزیتی شیشه/اپوکسی به صورت تجربی و عددی بررسی می شود. آزمایش های ضربه کم سرعت توسط دستگاه وزنه افتان صورت می پذیرد و در ساخت نمونه های کامپوزیتی از روش تزریق به کمک خلا استفاده می شود. در شبیه سازی رفتار ورق کامپوزیتی تحت ضربه، از نرم افزار المان محدود آباکوس/ صریح استفاده شده و کد نویسی آسیب با استفاده از زیر برنامه وی یو مت انجام می گیرد. به منظور توصیف موثر آسیب درون لایه ای ورق کامپوزیتی، دو مدل سه بعدی آسیب پیشرونده به صورت خطی و نمایی به کار گرفته می شود و برای پیش بینی شروع آسیب در لایه ها، از معیار تخریب هاشین سه بعدی استفاده می شود. در هر دو مدل ارایه شده، پیشروی آسیب به صورت توابعی از انرژی های شکست، ضمن معرفی طول مشخصه برای المان های جامد در نظر گرفته می شود. تاریخچه نیرو- زمان و بالاترین حد نیروی تماسی در سطوح انرژی ضربه ی مختلف و روی سه مکان با مختصات متفاوت روی ورق، برای مقایسه بین نتایج تجربی و عددی ارایه می شوند. علاوه بر بررسی این نتایج، با قیاس شکل و اندازه آسیب پیش بینی شده عددی و مشاهدات تجربی می توان به سودمندی و کارایی روش های ارایه شده صحه گذاشت.
    کلیدواژگان: ضربه کم سرعت، آسیب پیش رونده، ورق های کامپوزیتی، دستگاه ضربه افتان
  • حامد یوسف پور، سیدعلی اصغر اکبری موسوی* صفحات 253-260
    در این پژوهش، یک لایه کامپوزیتی بر پایه آلیاژ برنج با ذرات تقویت کننده گرافیت با اندازه ذرات 7 میکرومتر توسط فرآیند اصطکاکی همزن تولید شده است. شیاری به عمق و پهنای 5/2 و 3/0 میلیمتر روی سطح یک نمونه از آلیاژ برنج با ضخامت 3 میلیمتر توسط دستگاه وایرکات ایجاد و توسط ذرات گرافیت کاملا پر شده است. فرآیند اصطکاکی همزن با سرعت چرخشی و سرعت پیشروی ابزار 800 دور بر دقیقه و 100 میلیمتر بر دقیقه تحت 1 و 3 پاس انجام شده و ریز ساختار و خواص مکانیکی قبل و بعد از فرآیند نیز بررسی شده است. مشاهدات میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان داد که افزایش تعداد پاس ها منجر به توزیع یکنواخت تر ذرات خواهد شد. بیشینه سختی در لایه کامپوزیتی، حدود 141 ویکرز به دست آمد. این درحالی است که سختی زیرلایه تقریبا 84 ویکرز محاسبه شد. رفتار سایشی زیرلایه، لایه فرآوری شده بدون حضور ذرات تقویت کننده و لایه کامپوزیتی با ذرات تقویت کننده گرافیت با استفاده از یک دستگاه پین روی دیسک بررسی شد. نتایج نشان داد که مقاومت سایشی لایه های کامپوزیتی حاوی ذرات مولیبدنیوم دی سولفید تا حدود 5/1 برابر زیرلایه افزایش پیدا کرده است. نتایج آزمون خوردگی تافل نشان داد که پتانسیل خوردگی لایه کامپوزیتی با ذرات گرافیت نزدیک به مقادیر مربوط به فلز پایه بوده و تغییر محسوسی دیده نمی شود .در حالی که پتانسیل خوردگی در لایه فرآوری شده بدون حضور ذرات تقریبا 48 میلی ولت بیشتر از فلز پایه محاسبه شد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت برنج، گرافیت، فرآیند اصطکاکی همزن، سایش، خوردگی، پودر گرافیت
  • مهدی اکبری فر، مهدی دیواندری* صفحات 261-268
    در این مقاله فصل مشترک کامپوزیت ریختگی دوفلزی آلومینیم-چدن خاکستری بررسی شده است. برای دستیابی به یک محصول دو فلزی مناسب و قابل قبول از دو فلز، بررسی مشخصات فصل مشترک آن ها ضروری به نظر می رسد. ریخته گری به روش ثقلی انجام شده است. به این منظور مذاب آلومینیم در دماهای 700 و 750 درجه سلسیوس پیرامون مغزه های چدن خاکستری درون حفره های استوانه ای قالب با نسبت حجمی 3، 5 و 8 ریخته گری شد. مطالعات بعدی توسط میکروسکوپی نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و طیف سنجی تفکیک انرژی (EDS) نشان از تشکیل لایه ی ترکیب بین قلزی در فصل مشترک دو فلز داشت. این لایه از ترکیب بین فلزی Fe2Al5 تشکیل یافته است که بر ناهمواری های روی سطح مغزه جامد چدن جوانه می زند. بررسی های ریزساختاری نشان می دهند که افزایش دمای بارریزی و نسبت حجمی مذاب/جامد سبب تشکیل لایه های ضخیم تر و یکنواخت تر از ترکیب بین فلزی می شوند. ریز سختی فاز بین فلزی برابر 824 سختی ویکرز به دست آمد. پهنای لایه ی واکنش از 5 میکرومتر برای نمونه ی ریخته شده در دمای 700 درجه سانتیگراد و نسبت حجمی 3 تا 20 میکرومتر برای نمونه ریخته شد در دمای 750 درجه سلسیوس و نسبت حجمی 8 متفاوت بود. در این تحقیق مکانیسمی برای رشد و جوانه زنی این فاز بین فلزی در فصل مشترک دوفلزی پیشنهاد شده است. همچنین نحوه حل شدن فاز زمینه چدن در آلومینیم مذاب و دربرگیری گرافیت موجود در چدن خاکستری در مذاب آلومینیم نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: آلومینیم، چدن خاکستری، فصل مشترک، ترکیب بین فلزی، گرافیت
  • سید محمدرضا خلیلی*، یاسر صدیق، سید مهیار میرمحمدحسین اهاری صفحات 269-276
    سازه های مشبک کامپوزیتی از سازه های نوین هستند که به دلیل دارا بودن فوایدی همچون استحکام ویژه بالا، سبکی و مقاومت به خوردگی، کاربرد روزافزونی در صنایع مختلف دارند. از جمله کاربرد این سازه ها در صنایع موشکی، ماهواره برها، بدنه هواپیماها و صنایع دریایی می باشد. این سازه ها معمولا از دو بخش پوسته و بخش مشبک تشکیل می شوند. بخش مشبک این سازه ها از سیستم ریب های مورب، حلقوی و طولی تشکیل شده است. در هنگام بارگذاری، انتقال نیرو از پوسته به ریب ها اتفاق می افتد و ریب ها بار را در کل سازه پخش می کنند. در این مقاله ابتدا به نحوه ساخت نیم استوانه مشبک کامپوزیتی اشاره می شود. در ادامه با استفاده از نرم افزار المان محدود آباکوس به بررسی رفتار کمانشی سازه نیم استوانه مشبک کامپوزیتی پرداخته شده است. به منظور تحلیل شرایط مختلف تاثیر پارامترهای مختلف از جمله ضخامت پوسته و زاویه لایه های پوسته نیز در تحلیل عددی بررسی شده است. همچنین میزان تاثیر پارامترهای مختلف از جمله الگوهای گوناگون و ارتفاع ریب توسط تحلیل المان محدود به دست آمده است. علاوه بر این، برای اعتبارسنجی نتایج حاصل از نرم افزار، آزمایش تجربی نیز انجام پذیرفته و مقایسه ای بین نتایج تجربی و عددی انجام شده است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت، نیم استوانه مشبک، ریب، کمانش
  • احسان عالمی، مهدی کلانتر*، مسعود مصلایی پور یزدی، سید صادق قاسمی بنادکوکی صفحات 277-284
    در این پژوهش، نمونه های کامپوزیتی Al-Mn+Al2O3+MnAl6 به روش ریخته گری گردابی با استفاده از مواد اولیه ی Al و MnO2 تولید شده و سپس ریزساختار و خواص مکانیکی آن مورد مطالعه قرار گرفته است. به این منظور نمونه مخلوط پودری Al و MnO2 به نسبت وزنی در یک آسیا همگن سازی شده و به میزان 1، 3، 4 و 7 درصد وزنی به همراه 5 درصد وزنی منیزیم به عنوان عامل افزایش ترشوندگی، به آلومینیوم مذاب در حال تلاطم در دمای 900 درجه سلسیوس افزوده شدند و در نهایت ریخته گری در قالب فولادی پیشگرم شده انجام گرفت. آنالیز حرارتی (DTA) روی مخلوط های پودری اولیه مورد نظر برای مطالعه واکنش آلومینوترمیک و دیگر واکنش ها و یا تغییرات فازی احتمالی، آنالیز XRD برای تعیین ترکیب فازی، مشاهدات میکروسکوپ الکترونی (SEM) و نوری به منظور بررسی ریزساختار و اندازه گیری خواص مکانیکی (سختی، استحکام و چقرمگی) نمونه های کامپوزیتی انجام گرفت. نتایج نشان می دهد که فاز های نهایی برای تمامی کامپوزیت ها، محلول جامد Al-Mn، آلومینا و ترکیب بین فلزی MnAl6 است، اما با افزایش درصد وزنی MnO2 ورودی به مذاب، مقدار ترکیب بین فلزی MnAl6 در کامپوزیت افزایش می یابد. همچنین یک مقدار بهینه از MnO2 وجود دارد که در آن خواص مکانیکی چون سختی و استحکام و چقرمگی در حد مطلوبی ایجاد می شود
    کلیدواژگان: سیستم Al، MnO2، کامپوزیت در جا Al، Mn، Al2O3، ریخته گری گردابی، واکنش آلومینوترمیک، خواص مکانیکی
  • رضا اسلامی فارسانی*، امین ساری، حامد خسروی صفحات 285-290
    حضور میکروترک های عمقی در سازه های کامپوزیتی از جمله آسیب هایی به شمار می رود که در صورت مشاهده باید سازه را جایگزین نمود. پدیده خودترمیمی که از سیستم های بیولوژیکی مانند شبکه آوندی در گیاهان یا شبکه مویرگی در جانوران الهام گرفته شده است، روشی مناسب برای رفع عیوب و ترمیم میکروترک ها است. در این پژوهش با بهره گیری از سیستم خودترمیمی، به ترمیم میکروترک ها و آسیب های ایجاد شده در یک سازه کامپوزیتی پرداخته شده است. بدین منظور از یک سری میکرولوله های شیشه ای برای ایجاد مکانیزم ترمیم شوندگی استفاده شد. این میکرولوله ها با نوعی ماده ترمیم کننده که شامل رزین به همراه هاردنر انیدریدی بود، پر شدند. زمانی که سازه تحت بارگذاری قرار گیرد و در اثر آن آسیب یا میکروترک در نمونه مشاهده شود، با برخورد این ترک ها به میکرولوله ها، لوله ها شکسته شده و ماده درون آن ها در محل آسیب جریان پیدا می کند که با گذشت زمان باعث حذف آسیب می شود. هدف از پژوهش حاضر بررسی کسر حجمی مناسب و زمان مطلوب برای مشاهده پدیده ترمیم شوندگی است. بدین منظور میکرولوله های شیشه ای حاوی مواد ترمیمی انیدریدی با کسرهای حجمی 2، 4 و 6 درصد در کامپوزیت های اپوکسی تقویت شده با الیاف کربن تعبیه شدند. خواص خمشی نمونه ها با گذشت زمان های مختلف پس از ایجاد آسیب بررسی شد. بیشترین مقدار بازیابی استحکام خمشی به میزان 84 درصد برای نمونه حاوی 4 درصد حجمی ماده ترمیمی با گذشت 8 روز پس از ایجاد آسیب مشاهده شد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت اپوکسی، الیاف کربن، پدیده خودترمیمی، هاردنر انیدریدی، رفتار خمشی
  • محمود مهرداد شکریه*، علیرضا شماعی کاشانی، رضا مسلمانی صفحات 291-300
    به دلیل کاربرد گسترده مواد پلیمری، لازم است مدلی ساختاری وابسته به نرخ کرنش برای پیش بینی رفتار مکانیکی وابسته به نرخ کرنش این دسته از مواد ارایه شود. در این تحقیق، ابتدا مدل ساختاری دینامیکی تعمیم یافته بر اساس نتایج آزمایشگاهی برای پلیمرهای مختلف ارایه می شود. بدین منظور نتایج آزمایشی پلیمرهای گرماسخت و گرمانرم مختلف استفاده و مدل فوق ارزیابی می شود. این مدل شامل سه بخش است، که بخش اول برای پیش بینی رفتار الاستیک پلیمرهای مختلف ارایه شده است. ضمنا، مدل در بخش دوم رفتار غیرخطی پلیمرها را با اصلاح مدل ساختاری جانسون-کوک و در بخش سوم، مدل حاضر استحکام نهایی پلیمر را پیش بینی می کند. در ادامه با ترکیب مناسب مدل ساختاری دینامیکی تعمیم یافته حاضر و مدل مایکرومکانیکی پلاستیسیته هوانگ، رفتار برشی کامپوزیت تک جهته شیشه/اپوکسی پیش بینی می شود. مدل فوق که مدل دینامیکی ساختاری-مایکرومکانیکی نامیده می شود، توانایی پیش بینی رفتار ماده در مقادیر دلخواه از کسرحجمی الیاف و نرخ کرنش را داراست و بدین ترتیب نیاز به انجام آزمایش های مشخصه سازی را به نحو چشمگیری کاهش می دهد. در انتها نشان داده می شود که مدل ساختاری دینامیکی تعمیم یافته و مدل دینامیکی ساختاری-مایکرومکانیکی به ترتیب رفتار وابسته به نرخ کرنش پلیمرهای خالص و کامپوزیت ها را به خوبی پیش بینی می کنند.
    کلیدواژگان: مدل ساختاری، نرخ کرنش، مواد پلیمری، مایکرومکانیک، خواص برشی
  • امین موسایی *، حامد پناهی کالوس صفحات 301-306
    در این مقاله یک راه حل تحلیلی دقیق برای هدایت گرمایی درون یک ماده مدرج تابعی که خواص مواد آن دارای تابعیت نمایی نسبت به مکان و تابعیت خطی نسبت به دما داشته باشد، ارائه شده است. به دلیل وابستگی خواص مواد به دما، معادله حاکم غیر خطی شده و نمی توان آن را به طور مستقیم حل کرد. اساس روش حل تحلیلی پیشنهاد شده استفاده از یک تبدیل انتگرالی می باشد، که این تبدیل معادله میدان دمای غیر خطی را به یک معادله خطی تبدیل می کند. همچنین لازم است شرایط مرزی مناسب توسط تبدیل به کار رفته، استفاده شود. سپس معادله خطی شده حل و سپس میدان دمای تبدیل یافته به دست می آید. پس از آن از یک تبدیل معکوس استفاده می شود تا میدان دمای فیزیکی به دست آید. در نهایت از این روش دو مسئله هدایت درون یک استوانه یک بعدی در جهت شعاع و مسئله هدایت درون پوسته کروی حل می شود. برای اعتبارسنجی و اطمینان از حل ریاضی انجام شده، نتایج با حل عددی مسئله مقایسه و تطابق کاملی مشاهده شد.
    کلیدواژگان: هدایت حرارت غیر خطی، ضریب هدایت وابسته به دما، ماده مدرج نمایی، استوانه توخالی، کره توخالی
|
  • Ahmad Bidi, Gholamhossein Liaghat *, Gholamhossein Rahimi Pages 207-214
    The impact behavior of steel – polyurea bi-layer panel and the effect of curvature is studied numerically and experimental analysis is used for numerical result verification. Numerical analysis for 12 different radius of curvature is performed. On the other hand three radius of curvature is used in experimental analysis. Simple drop weight impact test apparatus is used and the falling weight height is 30 cm. The bi-layer samples in three radius of curvature are fabricated and each sample consisted of steel layer and polyurea coating. Two important parameters measured are the maximum plastic deformation of panel and impactor acceleration history. A high speed accelerometer is used for measuring the impactor acceleration in experimental method. Also the permanent plastic deformation is measured with numerical measurement system attached to the drop test apparatus. LS-DYNA software is used in numerical analysis and explicit solution is done. The results in numerical method and test (if available) are compared together and show good agreement. The results for all cases show that, increasing the panel radius of curvature will increase impactor acceleration and will decrease plastic deformation of bi-layer panel, but if the radius of curvature is increased more and more, then the impactor acceleration will not be increased further and will be nearly constant. On the other hand plastic deformation of the panel will be constant when the panel radius of curvature is increased more
    Keywords: Composite, Polyurea, Drop impact test, Plastic deformation, Impact acceleration
  • Bijan Mohammadi *, Babak Fazlali Pages 215-224
    One of the main advantages for the increasing engineering application of composites in weight-critical structural applications is their high specific stiffness and strength. Composite materials behavior is complicated more than metallic material because of different mechanisms, damage growth rate and effect of them in each other. In this paper, a continuum damage mechanics based model is developed to simulate stiffness degradation and fatigue life prediction of laminated composites under fatigue loading conditions. Damage parameters are used to estimate the degradation of elastic properties in matrix, fiber and shear direction. The material properties of the damage evolution equations are derived by testing on 0° and 90° unidirectional plies and cross-ply laminate. To evaluate the model under multiaxial fatigue loading, arbitrary states of stress and stress ratio available results of experiments on unidirectional 90 , 0 and 30 plies under fatigue loading conditions are used. Also, to evaluate the model for composite laminates with stress concentration results of experiments of pin-loaded cross-ply laminate are used. The obtained results show the capability of proposed model in fatigue life prediction of unidirectional and cross-ply laminates under uniaxial and multiaxial fatigue loading with different states of stress.
    Keywords: Continuum damage mechanics, Life prediction, Stiffness degradation, Laminated composites
  • Rasool Abasi, Hossein Heidary *, Mohammad Hosein Pol Pages 225-232
    Nowadays, using composite materials has been grown increasingly especially in aerospace and automobile manufacturing. Composite drilling is the main machining process for assembling the composite components. The damages caused by drilling process, such as delamination, fiber breakage, fiber pull out and matrix cracking around the hole can decrease the residual strength of drilled components. In this paper, the effect of drilling parameters such as feed rate, spindle speed and drill diameter on the thrust force, delamination for composite specimens with different percentages of nano fibers are discussed. Taguchi method is used for Designing of Experiment to analysis effect of machining parameters (feed rate, spindle speed, drill diameter) and percentage of nano particles on the thrust force and delamination factor. The results show that by increasing carbon nano tube up to a special percentage (about 5%) delamination and thrust force decrease. Also, by decreasing feed rate and increasing spindle speed, thrust force and delamination factor decrease
    Keywords: Nano composite, Feed rate, Spindle speed, Thrust force, Adjusted delamination factor
  • Ahmad Reza Ghasemi *, Komeil Hosseinpour Pages 233-242
    In this study, the distribution of radial and tangential creep strains and ratio of effective stress to internal pressure in a glass/vinyl ester thick-walled cylinder for long-term time period are studied. The constants of Schapery compatibility equations have been used for different temperatures and stresses. A symmetric multilayer composite long cylinder with 0, 45 and 90 fiber orientations has been modeled. The cylinder has been loaded by internal pressure and temperature difference. Also, the classical lamination theory has been applied for solving the equations. Viscoelastic model using Prandtl-Russ relations and Mendelson’s approximation method has been analyzed. In addition, the distribution of radial and tangential creep strains and effective stress in the wall thickness for different layouts and temperatures difference in 15 years has been drawn and analyzed. The results show that the ratio of effective stress to internal pressure increases. Further, with growing the temperature in the unidirectional multilayer with 0° and 90 ° fiber orientations, the radial and tangential creep strains increase. Also, in the unidirectional multilayer with 45° fiber orientation, the ratio of effective stress to internal pressure decreases with increasing the temperature differences. In addition, the absolute values of radial and tangential creep strains in the One of them is inner and the other in outerwalls increase and decrease, respectively.
    Keywords: Composite cylinder, Long, term creep, Schapery integral model, Fiber orientation
  • Azadeh Arjangpay, Abolfazl Darvizeh*, Mehdi Yarmohammad Tooski, Reza Ansari Pages 243-252
    In the current study, low velocity off-center impacts of glass/epoxy laminates considering different impact locations are investigated experimentally and numerically. Low velocity impact tests are performed using an instrumented drop-weight machine and the composite specimens are formed through the use of the vacuum infusion process. To simulate low velocity impact properties of the composite, the finite element software ABAQUS/Explicit is employed. The damage model is implemented in the FE code by a user-defined material subroutine (VUMAT). In order to effectively describe the progressively intralaminar damage for composite laminates, two three-dimensional progressive damage models are presented exponentially and linearly and for predicting damage initiation of composite plates, 3D Hashin’s failure criterion is chosen. Both damage models are established as functions of energy dissipated by damage in addition to introducing the characteristic length for each three dimensional solid element. The contact force-time histories and peak loads are obtained to compare the numerical and the experimental results at several impact energy levels and three different impact locations of the composite plates. In addition to these achievements, the comparison of the numerically predicted damage pattern and damage size and those observed experimentally can verify the efficiency of the present models
    Keywords: Low velocity impact, Progressive damage, Composite laminates, Dropped weight equipment
  • Hamed Yousefpour, Seyed Ali Asghar Akbari Mousavi * Pages 253-260
    In this study, a brass alloy-based (Cu-30%Zn) composite was fabricated by Graphite particles with initial size of 7µm reinforcement via friction stir processing. Groove with the Width and depth of 0.3mm & 2.5 mm were made on the surface of a brass specimen, respectively and filled by Graphite powder. Friction stir processing was carried out with transverse and rotational speeds of 100mm/min and 800rpm, respectively and the tilt angle of 1°. Single pass and three-pass FSP were conducted on the samples. The microstructure and mechanical properties before and after FSP were investigated. Optical and scanning electron microscope observations revealed that increasing the number of passes exhibits homogeneous distribution of Graphite particles. The wear behavior was examined without lubricant and at room temperature using a pin-on-disc device. The results showed that the wear resistance of composite layers containing MoS2 particles has increased to about 1.5 times the substrate. Maximum hardness in the stir zone was 141 Vickers, while the hardness of base metal was 84 Vickers. TOEFL test results also showed that the corrosion potential layer composite with graphite particles near to the values of the base metal had no significant change. While the corrosion potential in the processed layer without reinforcing particles of the base metal is approximately 48 Mv.
    Keywords: Brass, Graphite composite, Friction stir processing, Wear, Corrosion, Graphite particle
  • Mehdi Akbarifar, Mehdi Divandari * Pages 261-268
    In this article, interface characteristics of aluminum and cast iron bimetal has been investigated. To reach an acceptable composite products, from two materials, interface characteristics needs to be investigated. Aluminum melt was poured, at 700 and 750 ̊C, around cylindrical cast iron bars having melt/solid volume ratios of 3, 5 and 8, respectively. Optical and SEM microscopic observations showed that a reaction layer may form at the interface. This layer is composed of Fe2Al5 intermetallic which forms initially at the rough surface of the insert after making contact with molten metal. Microstructural analysis showed the increasing of temperature and the Vm/Vs ratio leads to formation of a thicker and more uniform intermetallic layer. Microhardness of the Fe2Al5 was 824 HV and the thickness of interaction layer varied from 5μm, for the sample produced at 700 ̊C and 3 Vm/Vs, up to 20μm for the sample poured at 750 ̊C and 8 Vm/Vs. A mechanism is suggested for nucleation and growth of this intermetallic layer and also graphite engulfment of gray cast iron, by aluminum melt, at the interface of two metals.
    Keywords: Aluminum, Cast Iron, Interface, Intermetallic Compound, Graphite
  • Seyed Mohammad Reza Khalili *, Yaser Sedigh, Seyed Mahyar Mir Mohammad Hossein Ahari Pages 269-276
    Composite lattice structures, due to their advantages such as high strength, light weight and resistance to corrosion are recently employed in various industrial applications including aerospace and marine structures. These structures are usually composed of two major parts: the shell and the lattice structure. The lattice part is made of a system of Helical, Hoop or axial ribs. During loading, the loads are transferred to the ribs and the ribs distribute the loads throughout the structure. In the present paper, first the fabrication of the semi-cylindrical lattice structure is explained. Then, the buckling behavior of the semi- cylindrical lattice structure is investigated using the ABAQUS finite element software. The effect of various parameters such as the thickness and ply angles in the shell laminate were studied. Moreover, the effect of rib parameters such as different patterns and the rib thicknesses were obtained by finite element analysis. In addition, in order to validate the results, a comparison between the experimental and finite element results was performed.
    Keywords: Composite, Semi, cylindrical Lattice, Rib, Buckling
  • Ehsani Alemi Ardakan, Mahdi Kalantar*, Masoud Mosallaee Pour, Seyed Sadegh Ghasemi Banad Kouki Pages 277-284
    In this research, the fabrication of in situ Al-Mn-Al2O3 composite samples from different composition of Al-MnO2 as starting materials have been made by stir casting method. For this purpose, a mixture of Al and MnO2 powders with weight ratio 1:7 was ball-milled. Then 1, 3, 4 and 7wt% of this mixture along with 5%wt Mg (to improve wettability) have been added to melted aluminum at 900 ° C . The disperstion of added materials in molten of Al was made by using graphite stirrer during 8 minutes. The molten of composite was casted into a preheated steel mold. Differential thermal analysis (DTA) was conducted on starting powder mixtures to study the aluminothermic reaction and the possible other reaction or phase changes. XRD analysis and scanning electron microscopy (SEM) were used to investigate the microstructure and phase composition of composite samples. The results show that the final phase composition for all composites is solid solution of Al-Mn, ceramic phase of alumina and MnAl6 intermetallic compound. The amount of MnAl6 and Al2O3 particles in composite samples were increased by adding higher quantity of MnO2 into molten of Al. Moreover there is an optimal amount of MnO2 in which haighest mechanical properties such as hardness, strength and toughness is obtained for composite samples.
    Keywords: Al, MnO2 system, Al, Mn, Al2O3, In, Situ composite, Stir casting, Aluminothermic reaction, Mechanical properties
  • Reza Eslami, Farsani *, Amin Sari, Hamed Khosravi Pages 285-290
    In the case of presence of deep micro-cracks within the composite structures, they must be replaced. The self-healing phenomenon which is inspired from the biological systems such as vascular networks in plants or capillary networks in animals is an appropriate strategy to control the defects and micro-cracks. In the present research, by taking accounts the advantages of self-healing concept, an attempt has been made to control the micro-cracks and damages which were created in composite structures. To do so, a series of micro glass tubes were employed to provide a self-healing system. These micro-tubes were filled with epoxy resin anhydride as a healing agent. When the structure is subjected to loading conditions, some damages or micro-cracks are created. In this situation, the micro glass tubes will rupture and the healing agent flows in the damage area, leading to the elimination of the defects over a time span. The aim of this study is to find out the appropriate micro glass tubes volume fraction and healing time to obtain an efficient healing. For this purpose, glass micro-tubes containing various anhydride agent loadings of 2, 4 and 6 vol. % were incorporated in epoxy-carbon fibers composites and the bending behavior of the specimens were assessed during different time span from defect creation. The highest bending strength recovery of 84% was observed for the specimen with 4% healing agent after 8 days
    Keywords: Epoxy, carbon fibers composite, Self, healing phenomenon, Anhydride hardener, Bending behavior
  • Mahmood Mehrdad Shokrieh*, Ali Reza Kashani, Reza Mosalmani Pages 291-300
    Due to the wide applications of polymeric materials, it is necessary to develop a dynamic constitutive model to investigate their strain rate dependent mechanical behavior. In this study, the generalized strain rate dependent constitutive model was developed based on the experimental results of polymers. The experimental data of thermoset and thermoplastic polymers were used to evaluate the model. The present model includes three main components; the first component expresses the elastic stress-strain behavior of polymers. The second component models the nonlinear stress-strain behavior of the material using the Johnson-Cook model and the third component predicts the ultimate strength of polymers. Then, by combining the generalized strain rate dependent constitutive model and the plasticity micromechanical model of Huang, the shear behavior of glass/epoxy composites is predicted. This model, called dynamic constitutive-micromechanical model, removed dependency of composite mechanical behavior to the fiber volume fraction and the strain rate. Therefore, experimental characterization was reduced significantly. Finally, it was shown that the generalized strain rate dependent constitutive model and the dynamic constitutive-micromechanical model predicted the mechanical behavior of neat polymers and glass/epoxy composites respectively, with good accuracies .
    Keywords: Constitutive model, Strain rate, Polymeric material, Micromechanics, Shear properties
  • Amin Moosaie *, Hamed Panahi Kalus Pages 301-306
    In this study, an exact analytical solution of steady heat conduction problem in exponentially graded inhomogeneous materials with temperature-dependent heat conductivity is presented. The FGM properties are assumed to depend exponentially on spatial coordinates whereas the temperature dependency is taken to be a linear function. The proposed method is based on an integral transformation of the temperature field, which transforms the nonlinear heat equation into a linear one for the transformed temperature. The boundary conditions are to be transformed as well. Once the linear equation is solved and the transformed temperature is obtained, the inverse transform is used to calculate the physical temperature field. The boundary conditions are enforced on the transformed temperature. Finally, in order to demonstrate the application of the proposed method, two numerical examples are worked out, i.e. nonlinear heat conduction in the radial direction of cylindrical and spherical thick-walled shells. In order to check the validity of the proposed solution scheme, a numerical solution of the problems has been performed and an excellent agreement has been established
    Keywords: Nonlinear heat conduction, temperature, dependent heat conductivity, exponentially graded material, hollow cylinder, hollow sphere