فهرست مطالب

علوم و فناوری کامپوزیت - سال هشتم شماره 1 (پیاپی 27، بهار 1400)

نشریه علوم و فناوری کامپوزیت
سال هشتم شماره 1 (پیاپی 27، بهار 1400)

  • تاریخ انتشار: 1400/06/28
  • تعداد عناوین: 17
|
  • علیرضا خادمی، محمود مهرداد شکریه*، شهرام اعتمادی حقیقی صفحات 1283-1306

    کامپوزیت های زمینه پلیمری تقویت شده با الیاف، تحت بارهای دینامیکی مختلف نرخ های کرنش متفاوتی را تجربه خواهند کرد. از آنجا که رفتار مکانیکی این کامپوزیت ها، با تغییر نرخ کرنش تغییر می کند، پاسخ گذاری بسیاری از سازه های کامپوزیتی وابسته به نرخ کرنش خواهد بود. در تحقیق حاضر به دوره جامعی از مطالعات انجام شده بر روی الیاف شیشه و کامپوزیت های تقویت شده با این الیاف، به عنوان کاربردی ترین کامپوزیت زمینه پلیمری، تحت بارگذاری دینامیکی پرداخته شده است. از این رو در ابتدا مطالعات مختلف که در آنها خصوصیات مکانیکی الیاف طویل شیشه در نرخ های کرنش مختلف ارایه شده، به طور مبسوط بررسی شده است. در ادامه مطالعات تجربی که در آنها اثرات نرخ کرنش بر انواع کامپوزت-های زمینه پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه ارایه شده، دسته بندی و ارایه گردیده است. همچنین رفتار پلیمرهای گرماسخت تحت نرخ های کرنش مختلف نیز مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت مدل های مختلف تحلیلی و عددی مکرومکانیکی و مایکرومکانیکی ارایه شده برای این نوع کامپوزیت ها بطور جامع مرور شدند.

    کلیدواژگان: خواص مکانیکی، وابستگی به نرخ کرنش، الیاف تقویت کننده، کامپوزیت شیشه، اپوکسی
  • افسانه وحدانی، ابوالفضل درویزه*، مجید علی طاولی، حامد رجبی صفحات 1307-1316
    بیشتر مواد طبیعی کامپوزیت هایی هستند که می توانند دامنه گسترده ای از خواص مواد مانند مدول الاستیک را نشان دهند.کیوتیکل حشرات یکی از این مواد طبیعی است. نوع گرادیان کیوتیکل در قسمت های مختلف بدن حشرات به طرز چشمگیری متفاوت است. به دلیل ابعاد کوچک نمونه های کیوتیکل، انجام آزمایش های تجربی، بسیار چالش برانگیز، پر هزینه و وقت گیر است. شناخت عملکرد ساختار های کیوتیکلی و خصوصیات درجه بندی شده ی آن ها می تواند به طراحی و توسعه ی مواد مهندسی با خواص پیشرفته کمک کند. در این مقاله از روش اجزای محدود برای بررسی عملکرد کیوتیکل موجود در پوسته بال سنجاقک استفاده شده است. نخست توزیع مواد روی پوسته ی بال با استفاده از تصاویر بدست آمده توسط میکروسکوپ اسکن لیزری روبشی(CLSM) بررسی می شود. سپس، برای ارزیابی مقادیر تنش و کرنش تحت جابه جایی، روابط مختلف سفتی برروی یک مدل هندسی از تیر یکسر گیردار، که نمایانگر پوسته است، اعمال میشود. مقایسه ی نتایج بدست آمده از تجزیه و تحلیل روابط مختلف سفتی نشان داد رابطه ی سهموی درجه دو به عنوان توزیع مناسب تر برای سفتی، از لحاظ دارا بودن کمترین تنش و کرنش در این ساختار، نسبت به سایر روابط سفتی معرفی می گردد. این پژوهش بستری برای تحقیقات بیشتر میان رشته ای در این زمینه است.
    کلیدواژگان: گرادیان ماده، روش اجزای محدود، ساختار زیستی، میکروسکوپ لیزری روبشی، بیومکانیک
  • محمد دلشاد غلامی، داود رحمت آبادی، تقی شجاعی، رامین هاشمی*، بیژن محمدی صفحات 1317-1326
    در چند سال اخیر، ساخت ورق های کامپوزیتی لایه ای به روش پیوند نوردی مورد توجه محققین قرار گرفته است. در این تحقیق، به بررسی خواص مکانیکی و چقرمگی شکست ورق کامپوزیتی سه لایه آلومینیوم-منیزیم-آلومینیوم تولید شده به روش پیوند سرد نوردی پرداخته شد. خواص مکانیکی و سطح مقطع شکست نمونه ها به ترتیب به وسیله آزمایش کشش تک-محوره، آزمایش سختی و میکروسکوپ الکترونی روبشی مطالعه شد. همچنین چقرمگی شکست تنش صفحه ای به صو رت تجربی اندازه گیری شد. مشاهده شد استحکام کششی برای نمونه کامپوزیتی نسبت به آلومینیوم و مقادیر میکروسختی و چقرمگی شکست نسبت به نمونه های اولیه افزایش یافته است. اعمال کارسرد را می توان دلیل اصلی افزایش سختی و چقرمگی دانست و علت افت استحکام کامپوزیت نسبت به منیزیم، ایجاد ناپایداری پلاستیکی در تقویت کننده منیزیم به دلیل اعمال کرنش بالاست. همچنین نتایج حاصل از میکروسکوپ الکترون روبشی نشان می دهد که مکانیزم شکست برای لایه آلومینیوم نرم و برای منیزیم ترد است و سطح مقطع شکست در لایه آلومینیوم نسبت به آلومینیوم اولیه، دارای میکروحفرات کم عمق تر و کوچک تر می باشد، که نشان دهنده شکست نرم برشی است.
    کلیدواژگان: پیوند سرد نوردی، چقرمگی شکست، خواص مکانیکی، کامپوزیت لایه ای
  • محمد نوریان، محمد راوندی* صفحات 1327-1338
    سازه های کامپوزیتی به دلیل دارا بودن خواص ویژه، امروزه به فراوانی در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. ترکیب ناهمگن مواد کامپوزیتی و همچنین عیوب ناخواسته ایجاد شده در فرایند ساخت همواره عدم قطعیت هایی در خواص نهایی سازه ایجاد می کنند. مخصوصا در مواد کامپوزیتی تقویت شده با الیاف طبیعی که خواص آن به دلیل منشا طبیعی دارای یک تغییر پذیری ذاتی بسیار بالا می باشد، خواص نهایی سازه های ساخته شده از این مواد را با عدم قطعیت های قابل توجهی همراه می سازد. لذا در پژوهش حاضر به تحلیل عدم قطعیت چند مقیاسی کامپوزیت کتان/اپوکسی تک جهته پرداخته شده است. بر این اساس، در گام نخست خواص مکانیکی غیر قطعی این نوع مواد در مقیاس میکرو و ماکرو بر مبنای نتایج تجربی گزارش شده در منابع استخراج گردیده و سپس با بهره گیری از آزمون های آماری، مدل احتمالی این خواص مشخص شده است. سپس با بکارگیری روش مدل سطح پاسخ مبتنی بر بسط چند جمله ای آشوب، به عنوان یک روش بهینه از لحاظ هزینه محاسباتی، و همچنین با بهره گیری از روش های نمونه برداری کلینشو -کرتیس و هایپرکیوب، به تحلیل عدم قطعیت رفتار ارتعاشی کامپوزیت کتان/اپوکسی پرداخته شده است. افزون بر این، نتایج بدست آمده از این روش با نتایج روش مونت کارلو به عنوان متداول ترین و پرهزینه ترین روش تحلیل عدم قطعیت، مورد صحه گذاری قرار گرفته است که انطباق خوبی را نشان داده است.
    کلیدواژگان: تحلیل عدم قطعیت، کامپوزیت کتان، اپوکسی، رفتار ارتعاشی، بسط چند جمله ای آشوب، کلینشو-کرتیس
  • حمیدرضا عزت پور*، مرضیه ترابی پاریزی صفحات 1339-1352

    میزان بهبود خواص مکانیکی کامپوزیت های زمینه آلومینیومی تقویت شده با مواد کربنی، پایین تر از حد انتظار است. خواص ذاتی اجزای سازنده و روش تولید، بر ویژگی های ریز ساختاری و عملکرد این کامپوزیت ها تاثیر بسزایی دارد. در تحقیق حاضر، استراتژی ساده ای برای بهبود توزیع تقویت کننده ی کربنی با حداقل آسیب ساختاری و پیوند فصل مشترکی مناسب، اتخاذ شده است. کامپوزیت GNP-CNT/AA7075 از تلفیق فرایند متالورژی پودر ورقه ای، روش انحلالی به همراه ریخته گری نیمه جامد و اکستروژن دمای بالا، تولید شده است. پس از تعیین نسبت بهینه ی VGNP/VCNT در تقویت کننده ی هیبریدی کربنی (0.167)، اثر حضور آن بر تحولات ریزساختاری و خواص مکانیکی آلیاژ AA7075 مورد بررسی قرار گرفته است. فرایند ریخته گری نیمه جامد علاوه بر تخریب ساختار شبکه ای فاز تقویت کننده، سبب به دام فتادن مکانیکی آن ها درون زمینه و جدایش عناصر آلیاژی بر سطح تقویت کننده ی کربنی شده است. در دمای بهینه ی فرایند اکستروژن (400 °C)، توزیع یکنواخت GNP-CNT در درون زمینه و کاهش 39% اندازه ی دانه، حاصل شده است. ریزسختی، مقادیر استحکام تسلیم کششی و فشاری این کامپوزیت نسبت به آلیاژ AA7075 به ترتیب 17%، 51% و 28% بهبود یافته است. اثر بخشی فوق العاده ی استحکام کششی،3952% ، در نتیجه ی انتقال بار موثر (کشیده شدن تقویت کننده ی کربی در سطح شکست) و جذب انرژی (پل زدن) است.

    کلیدواژگان: آلیاژ آلومینیوم 7075، تقویت کننده هیبریدی کربنی، اکستروژن، ریزساختار، خواص مکانیکی
  • امیرحسین دودانکه، هادی دبیریان*، سعید حمزه صفحات 1353-1362
    در این پژوهش، رفتار ضربه پذیری کامپوزیت های برپایه فوم پلی یورتان تقویت شده با پارچه های دوجداره حلقوی تاری مورد بررسی قرارگرفته است. بدین منظور، پارچه های حلقوی تاری دوجداره با متغیرهای ساختمانی از جمله دو ضخامت متفاوت، اندازه ی مش های بزرگ و کوچک و همچنین، موقعیت قرارگیری روبرو و غیر روبرو مش ها نسبت به هم تولید شد. سپس نمونه های کامپوزیتی متشکل از پارچه دوجداره حلقوی تاری به عنوان جز تقویت کننده و فوم پلی یورتان به عنوان زمینه تولید و خواص فیزیکی مدنظر از جمله وزن واحد سطح و کسر حجمی الیاف در آنها اندازه گیری شده است. در آزمون شبه استاتیکی ضربه، مقدار انرژی شکست اندازه گیری شد و درنهایت همه نمونه ها مورد آزمون ضربه سرعت پایین با انرژی اولیه 5 ژول قرار گرفته اند. نتایج نشان داد با قراردادن پارچه تقویت کننده در نمونه های فوم انرژی ضربه این نمونه ها حداقل 3 برابر شده است. بیشینه جذب انرژی در نمونه دارای پارچه با مش بزرگ، ضخامت زیاد و قرار گیری غیرروبروی مش ها نسبت به هم رخ داده است که این مقدار برابر 858/2 ژول می باشد. به طور میانگین، جذب انرژی کامپوزیت ها با افزایش ضخامت نمونه ها، 2/21 درصد، با تغییر اندازه مش ها از کوچک به بزرگ 5/9 درصد و با تغییر موقعیت مش ها از حالت روبرو به حالت غیر روبرو 3/47 درصد افزایش پیدا کرده است.
    کلیدواژگان: پارچه دو جداره حلقوی تاری، کامپوزیت، ضربه سرعت پایین، فوم، پارامترهای ساختمانی
  • احمد گرامی، علی داور*، محسن حیدری بنی، جعفر اسکندری جم صفحات 1363-1372
    در چند دهه گذشته، مواد کامپوزیتی به دلیل استحکام و سفتی ویژه بالا مورد توجه و علاقه محققین درباره سازه های سبک قرار گرفت. در این بین، سازه های مشبک و تقویت شده کامپوزیتی به عنوان یک ساختار بسیار کارآمد، به خصوص در تحمل بارهای فشاری محوری مطرح شدند. در این پژوهش، چند هدف اصلی دنبال شده است: (1) آنالیز استوانه مشبک کامپوزیتی تحت بار محوری فشاری، (2) آنالیز استوانه مشبک کامپوزیتی تحت بار ضربه عرضی سقوط آزاد و مطالعه آسیب ناشی از آن، (3) آنالیز اثر ضربه عرضی سقوط آزاد بر حداکثر استحکام سازه در بارگذاری محوری فشاری. برای نیل به اهداف فوق، از روش المان محدود و روش تجربی استفاده شده است. در روش المان محدود، از نرم افزار آباکوس برای تعیین حداکثر مقدار قابل تحمل بار محوری فشاری توسط سازه و همچنین پاسخ ضربه عرضی، جذب انرژی سازه و آسیب ناشی از ضربه استفاده شده است. در روش تجربی، ابتدا به ساخت دو نمونه استوانه مشبک کامپوزیتی از جنس کولار/ اپوکسی پرداخته شده است. سپس این نمونه ها مورد بارگذاری ضربه عرضی و آزمون بار محوری فشاری (قبل و بعد از اعمال ضربه و بروز آسیب) قرار گرفته اند. در نهایت، نتایج این دو روش، شامل نیرو و زمان برخورد و ناحیه آسیب دیده، با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهند که علی رغم اینکه ضربه سقوط آزاد (با یک انرژی معلوم) به سازه آسیب می زند، ولی سبب افت قابل ملاحظه ای در حداکثر استحکام استوانه مشبک، در بارگذاری محوری فشاری نمی شود.
    کلیدواژگان: استحکام کمانشی، پوسته های استوانه ای مشبک کامپوزیتی، بارگذاری ضربه ای، روش المان محدود، روش تجربی
  • محمد آزادی*، محمد درفکی صفحات 1373-1386
    در این مقاله، به بررسی اثرات نرخ بارگذاری بر رفتار خستگی کم چرخه در کامپوزیت های تقویت شده با الیاف کربن پرداخته شده است. ابتدا، قطعات کامپوزیتی سوراخ دار، تحت بارگذاری کششی در دو فرکانس اعمال بار مختلف قرار گرفته شده تا دامنه مورد استفاده در آزمون خستگی کم چرخه بدست آید. سپس نمونه ها تحت بارگذاری خستگی در سه مقدار جابجایی و پنج فرکانس بارگذاری قرار گرفتند و تاثیر آن ها در مقدار بیشینه و کمینه تنش در هر سیکل، عمر خستگی و مقادیر تنش دامنه و میانگین محاسبه و در انتها، تصاویر سطح شکست و تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی ارایه شدند. نتایج نشان داد که با افزایش نرخ بارگذاری کششی مقدار بیشینه تنش، به دلیل تمایل بیشتر ماده به رفتار ترد، افزایش پیدا می کند. همچنین بیشینه تنش در جابجایی ثابت و فرکانس های بارگذاری مختلف مقدار کمی با افزایش همراه بوده ولی در فرکانس ثابت و جابجایی های متفاوت بسیار افزایش یافت. عمر خستگی نیز در جابجایی ثابت با افزایش فرکانس بارگذاری روندی افزایشی و در فرکانس بارگذاری ثابت با افزایش جابجایی روندی کاهشی داشت. به کمک تحلیل حساسیت مشخص شد که تغییر فرکانس بارگذاری در جابجایی ثابت همچنین تغییر جابجایی در فرکانس 1-5 هرتز تاثیری در مقدار تنش بیشینه نداشته ولی در فرکانس های 10-20 هرتز تاثیرگذار است. رفتار سیکلیک ماده نشان داد که تنش بیشینه در طول سیکل های بارگذاری، به دلیل تجمیع آسیب، کاهش می یابد و سفتی کامپوزیت کاهش می یابد. مکانیزم های آسیب با تغییر فرکانس بارگذاری، تغییر کرده و درصد شکست الیاف با افزایش فرکانس بارگذاری، افزایش یافت.
    کلیدواژگان: کامپوزیت پایه پلیمری، الیاف کربن، خستگی کم چرخه، دامنه جابه جایی، نرخ جابجایی
  • شهرام حسینی، غلامحسین رحیمی* صفحات 1387-1396
    در این تحقیق به تحلیل رفتار خمشی ورق مربعی هایپرالاستیک چندلایه با شرایط مرزی گیردار، ساده و آزاد پرداخته شده است. برای استخراج معادلات حاکم بر مسئله از تانسور تغییر شکل کوشی-گرین راست استفاده شده و به دنبال آن از تابع انرژی کرنشی نیوهوکین برای توصیف رفتار غیرخطی مادی ورق استفاده شده است. برای فرمولبندی کرنش های غیرخطی، تیوری تغییر شکل برشی مرتبه اول به کار رفته و برای استخراج معادلات حاکم بر ورق هایپرالاستیک به فرم قوی، روابط اویلر-لاگرانژ به کار رفته اند. برای حل معادلات غیرخطی حاکم بر مسئله از روش بدون شبکه به فرم قوی بر پایه درونیابی نقاط شعاعی استفاده شده است. یکی از مزایای مهم این روش، اعمال شرایط مرزی غیرخطی در فرآیند حل مسئله است. از تابع پایه شعاعی لگاریتمی برای استخراج توابع شکل روش بدون شبکه استفاده شده و دستگاه معادلات غیرخطی حاصل از درونیابی نقاط شعاعی با استفاده از الگوریتم طول کمان بررسی شده است. نتایج حاصل از روش بدون شبکه با نتایج نرم افزار المان محدود آباکوس مقایسه شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهند که روش بدون شبکه به فرم قوی بر اساس توابع پایه شعاعی دارای دقت بالایی در شرایط مرزی مختلف بوده به طوری که کمترین مقدار اختلاف در شرایط مرزی گیردار با 0.93 درصد اختلاف و بیشترین مقدار اختلاف در شرایط مرزی آزاد با 8.72 درصد اختلاف است.
    کلیدواژگان: ورق هایپرالاستیک چندلایه، روش بدون شبکه، توابع پایه شعاعی، تابع انرژی کرنشی نئوهوکین
  • علی دلبریانی نژاد، امین فرخ آبادی*، محمد فتوحی صفحات 1397-1410
    چندلایه های کامپوزیتی برخلاف سایر مواد از منابع عدم قطعیت بیشتری نظیر عدم قطعیت در خواص مواد برخوردارند، از این رو پیش بینی احتمالاتی وقوع انواع آسیب ها در چندلایه های کامپوزیتی تحت اثر رفتار تصادفی سازه های کامپوزیتی، بسیار ضروری می باشد. جدایش بین لایه ای ناشی از ترک ماتریسی یکی از مودهای مخربی می باشد که در چندلایه های کامپوزیتی می تواند رخ دهد. در این مقاله یک الگوریتم جدید برای پیش بینی احتمالاتی وقوع و رشد جدایش بین لایه ای ناشی از ترک ماتریسی بر مبنای مفهوم نرخ رهایی انرژی و مقدار بحرانی آن در مود دوم بارگذاری توسعه داده شده است و با به کارگیری روش پیشنهاد شده تحلیل قابلیت اطمینان عدم وقوع جدایش بین لایه ای ناشی از ترک ماتریسی انجام شده است. تابع حالت حدی با استفاده از یک معیار خرابی عمومی که توسط نویسندگان این مقاله در قبل توسعه داده شده است، فرموله شده است. برای نشان دادن عملکرد الگوریتم پیشنهاد شده، با استفاده از روش های مرتبه اول و مرتبه دوم قابلیت اطمینان احتمال وقوع و رشد جدایش بین لایه ای ناشی از شکل گیری ترک ماتریسی به شکل های مختلف در یک چندلایه شبه همسانگرد حاوی تک لایه های 45، 90، 45- و 0 درجه تحت شرایط بارگذاری و لایه چینی های متفاوت به دست آمده است. احتمالات به دست آمده با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو صحت سنجی شده است. علاوه بر این نتایج مهم به صورت کیفی با استفاده از برخی داده های تجربی در دسترس اعتبارسنجی شده اند. در این پژوهش اثر متغیرهایی چون ضخامت تک لایه ها، سطح تنش تک محوره طولی و حضور تنش های درون صفحه ای به طور همزمان بر احتمال وقوع و رشد جدایش بین لایه ای ناشی از ترک ماتریسی بررسی شده اند.
    کلیدواژگان: قابلیت اطمینان، احتمال خرابی، جدایش بین لایه ای، تابع حالت حدی، معیار خرابی
  • محمدجواد خداپرست، رضا آذرافزا*، عباس وفایی صفت صفحات 1411-1420

    فرآیند سوراخ کاری قطعات کامپوزیتی الیاف شیشه-اپوکسی همواره با عیوبی نظیر پدیده تورق یا جدایش بین لایه ای همراه می-باشد. این پدیده باعث کاهش استحکام ورق های کامپوزیتی می-شود. در این تحقیق، برای به حداقل رساندن این عیب پارامترهای تاثیرگذاری شامل سرعت پیشروی، قطر ابزار، ضخامت، زاویه راس ابزار، سرعت دورانی، نوع لایه چینی الیاف و خنک کار مورد بررسی قرار گرفتند. تعداد آزمایش ها بر اساس روش طراحی آزمایش تاگوچی مشخص شده و مطالعه تجربی بر روی فرآیند سوراخکاری قطعه کامپوزیتی به منظور بررسی میزان تورق انجام گردید. سپس سوراخ ها توسط دستگاه اندازه گیری ویدیویی اسکن و میزان تورق موجود درآنها با درنظر گرفتن قطر سوراخ ها محاسبه شده اند. سپس اطلاعات جمع آوری شده جهت بهینه نمودن پارامترها با استفاده از آنالیز واریانس مورد تحلیل آماری قرار گرفتند. نتایج نشان داد سرعت پیشروی با مقدار 29.6% و سرعت دورانی با مقدار 24%، بیشترین اثر را بر میزان تورق داشته به طوری که با افزایش نرخ پیشروی میزان تورق افزایش و با افزایش سرعت دورانی، تورق ابتدا افزایش و سپس کاهش یافت. همچنین نمونه های سوراخ شده جهت بررسی اثر تورق بر استحکام کششی و ضریب تمرکز تنش تحت تست کششی قرارگرفتند. نتایج نشان داد که با افزایش میزان تورق، میانگین استحکام کششی و ضریب تمرکز تنش قطعات سوراخ دار نسبت به نمونه سالم(بدون سوراخ) به ترتیب 34% کاهش و 51.66% افزایش-یافته اند. همچنین با 1.22 برابر شدن تورق نسبت به تورق نمونه اولیه، ضریب تمرکز تنش 6.9% افزایش و استحکام کششی 6.5% کاهش یافته اند.

    کلیدواژگان: کامپوزیت، تورق، سوراخکاری، بهینه سازی، استحکام
  • علی قربانخان، محمدرضا نخعی*، پدرام صفرپور صفحات 1421-1430

    در این مقاله، نانوکامپوزیت پلی آمید 6 (PA6)/لاستیک آکریلونیتریل بوتادین (NBR)/پرلیت با استفاده از روش اختلاط مذاب در یک مخلوط کن داخلی تهیه شد. از روش سطح پاسخ (RSM) و طرح مرکب مرکزی (CCD) برای بررسی تاثیر دو متغیر موادی درصد وزنی نانوذره پرلیت و الاستومر NBR بر استحکام کششی و استحکام ضربه نانوکامپوزیت های PA6/NBR/Perlite استفاده شد. ریز ساختار نمونه های نانوکامپوزیتی نیز برای تایید نتایج بدست آمده به وسیله تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. براساس نتایج بدست آمده از روش بهینه سازی سطح پاسخ، در 20% وزنی الاستومرNBR ، با افزایش نانوذره پرلیت از 3% به 7% وزنی، مقدار استحکام کششی 12.9% افزایش می یابد و از طرفی مقدار استحکام ضربه نیز 47.7% کاهش می یابد. تحت شرایط بهینه، مقادیر متغیرهای موادی نانوذره پرلیت و الاستومر NBR به ترتیب 4.37 و 34.83 درصد وزنی خواهد بود که در این صورت بیشینه مقادیر استحکام کششی (MPa 58.4 و استحکام ضربه (J/m 66.3) می تواند به طور همزمان بدست آید. مشاهدات تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی ثابت کرد که تفاوت در نتایج مکانیکی بدلیل اندازه متفاوت فاز الاستومری در ترکیبات مختلف است.

    کلیدواژگان: پلی آمید 6، لاستیک آکریلونیتریل بوتادین، پرلیت، نانوکامپوزیت، روش سطح پاسخ
  • مجید پرورش، حامد احمدی*، غلامحسین لیاقت صفحات 1431-1442
    در این مقاله به دسته جدیدی از ساختارهای مشبک تحت عنوان ساختارهای آگزتیک پرداخته شده است که به دلیل وزن پایین، سفتی و مقاومت برشی بالا کاربردهای مختلفی در انواع سازه ها از جمله سازه های جاذب انرژی دارند. ویژگی های منحصر به فرد این ساختارهای مشبک را می توان به هندسه خاص و منفی بودن ضریب پواسون آنها مرتبط دانست. در این مطالعه، به بررسی تجربی رفتار سه سازه آگزتیک الاستومری از جنس تی پی-یو با هندسه های آنتی تتراکایرال، ارهد (سرنیزه ای)، ری اینترنت در بارگذاری شبه استاتیکی و ضربه ای و مقایسه آن ها با یک سازه غیرآگزتیک لانه زنبوری پرداخته شده است. نمونه ها با استفاده از روش ساخت افزایشی (پرینت سه بعدی) تهیه شده و پارامترهایی مانند میزان جذب انرژی و میزان جذب انرژی بر واحد طول فشردگی برای ارزیابی این ساختارها مورد استفاده قرار گرفته است. بارگذاری ضربه ای در دو سطح انجام شده تا قابلیت جذب انرژی و مکانیزم های تغییرشکل هر سازه در سطوح مختلف انرژی بررسی شود. نتایج حاکی از آن است که ساختارهای آگزتیک در بارگذاری شبه استاتیکی به مراتب جذب انرژی بیشتری داشته و در بارگذاری ضربه ای قابلیت جذب انرژی بر واحد طول فشردگی بیشتری نسبت به سازه غیرآگزتیک لانه زنبوری از خود نشان می دهند.
    کلیدواژگان: ساختارهای آگزتیک الاستومری، جذب انرژی، انرژی جذب شده بر واحد طول فشردگی، بارگذاری شبه استاتیکی، بارگذاری ضربه ای
  • سید علی موسوی طارسی، مهدی افشین* صفحات 1443-1452
    با توجه به حساسیت نتایج در ناحیه تورق و جدایش بین لایه ها در لمینیت های کامپوزیتی، لازم است تا از تیوری های دقیق که تمام مولفه های تنش را در بر گیرند برای بررسی این ناحیه استفاده شود. به این منظور در مطالعه حاضر، روش بسته شدن مجازی ترک بر اساس تیوری لایه گون، برای تحلیل گسترش تورق و جدایش بین لایه ها در یک تیر کامپوزیتی توسعه داده شده است. نرخ آزادسازی انرژی کرنشی در مود یک، بر اساس خواص ماده تعیین شده و یک الگوریتم برای پیاده سازی روش ارایه شده است. روش مذکور بر روی تیر کامپوزیتی یکسر گیردار دو لبه متقارن در دو حالت دو و سه بعدی به صورت عددی در نرم افزار متلب اجرا شده و به منظور صحت سنجی روش، با نتایج کارهای گذشته مبتنی بر المان محدود مقایسه شده است. همچنین حل تحلیلی مسئله نیز ارایه شده و با نتایج کار حاضر مورد مقایسه قرار گرفته است. رفتار نیرو-جابجایی یک تیرکامپوزیتی تحلیل شده که نشان دهنده قابلیت مناسب این روش در تحلیل تورق و گسترش جدایش بین لایه ها بوده و در عین حال حجم محاسبات به نسبت المان محدود سه بعدی کاهش یافته است.
    کلیدواژگان: تیر کامپوزیتی، جدایش بین لایه ای، تئوری لایه گون، روش بسته شدن مجازی ترک
  • احسان حمیدی، ولی الله پناهی زاده* صفحات 1453-1460

    در این مقاله، خواص مکانیکی نانوکامپوزیت هایی بر پایه ماتریسی از دو فاز پلیمری پلی آمید 6و اتیلن پروپیلن دی ان مونومر (EPDM) تقویت شده با نانولوله های کربنی بررسی شده است. ترکیبات شامل 0% ، 1% ، 2 % و 3% وزنی نانولوله کربنی و نیز 5 % و 10% وزنی EPDM-G-MA به عنوان سازگار کننده و 10% و20 % وزنی EPDM هستند که توسط یک مخلوط کن داخلی تهیه شدند. نمونه ها برای انجام آزمون های مکانیکی توسط یک دستگاه پرس داغ تهیه شدند. آزمون های مکانیکی برای تعیین استحکام های ضربه و کشش، مدول الاستیسیته و ازدیاد طول در شکست انجام شدند. مشاهده شد که افزودن 1% وزنی نانولوله کربنی، استحکام ضربه را 12%، استحکام کششی را 25% و مدول الاستیک را 43% افزایش می دهد ولی ازدیاد طول در شکست را 13% کاهش می دهد. همچنین با حضور10 % وزنیEPDM ، استحکام ضربه 27% و ازدیاد طول در شکست 34% افزایش یافته ولی استحکام کششی پلی آمید 5% و مدول الاستیک آن 19% کاهش می یابد. برای بهبود موارد ذکر شده با افزودن 5% EPDM-G-MA استحکام ضربه 14% ، استحکام کششی 5% ، مدول الاستیک 20% و ازدیاد طول در شکست 13% افزایش پیدا کرد. نهایتا با افزودن نانولوله های کربنی و ترکیب EPDM و EPDM-G-MA، همه خواص مکانیکی مذکور در پلی آمید6، بهبود داده شد.

    کلیدواژگان: نانوکامپوزیت، خواص مکانیکی، پلی آمید، EPDM، نانولوله های کربنی
  • کیان امیر اشجعی اسالمی، سجاد فخرالدینی نجف ابادی، فتح الله طاهری بهروز* صفحات 1461-1472
    امروزه مقاومت در برابر ضربه کم سرعت و تحمل آسیب به وجود آمده، اهمیت بالایی در طراحی سازه های کامپوزیتی به خصوص در صنعت هوافضا پیدا کرده است و باعث تلاش محققان پیرامون ارزیابی رفتار ضربه کم سرعت در طراحی کامپوزیت ها شده است. در این پژوهش، مدل عددی برای ضربه کم سرعت چندلایه کامپوزیتی کربن/اپوکسی ارایه شده است. این مدل آسیب سه بعدی، بر اساس مکانیک آسیب پیوسته با توسعه زیرروال (UMAT) در نرم افزار آباکوس با حلگر صریح به دست آمده است. در این مدل، آسیب بین لایه ای و درون لایه ای در نظر گرفته شده است و برای در نظر گرفتن پلاستیسیته در ماتریس، رفتار غیرخطی برشی اعمال شده است. برای ارزیابی نتایج به دست آمده از مدل عددی، آزمون ضربه در سه سطح انرژی ضربه (10، 15 و 20 ژول) انجام گردید. به علاوه، به منظور صحت سنجی مکانیزم های خرابی و میزان خرابی ایجاد شده در اثر ضربه، مساحت ناحیه تورق با استفاده از روش رادیولوژی اندازه گیری گردید. با مقایسه پاسخ کلی رفتار ضربه، تطابق خوبی بین نتایج آزمون تجربی و شبیه سازی بدست آورده شد که نشان می دهد مدل خرابی استفاده شده به خوبی قابلیت پیش بینی رفتار کلی کامپوزیت را در این فرآیند دارد.
    کلیدواژگان: ضربه کم سرعت، مدلسازی المان محدود، پلیمر تقویت شده با الیاف کربن، مکانیک آسیب پیوسته
  • امیر ابراهیم اکبری بقال، احمد ملکی*، رامین وفایی پور سرخابی صفحات 1473-1474

    نویسندگان با اظهار تاسف از اشتباه تایپی رخ داده، درخواست تغییر مرتبه علمی نویسنده دوم از مرتبه "دانشیار" به مرتبه"استادیار" را داشته اند که در این اصلاحیه اعمال شده است. لازم به ذکر است نشریه علوم و فناوری کامپوزیت هیچ مسیولیتیدر قبال عواقب بعدی این اصلاحیه نداشته و این امر بنا به در خواست کتبی نویسندگان ایشان انجام شده است و مسیولیتهرگونه مشکلات احتمالی بعدی بر عهده خود ایشان است.

|
  • Alireza Khademi, Mahmood M. Shokrieh *, Shahram Etemadi Haghighi Pages 1283-1306

    The fiber-reinforced polymer (FRP) composites under different dynamic loads experienced various strain rates. Since mechanical behaviors of fiber-reinforced polymer composites vary with the strain rate, the transient response of most of the composite structures will be dependent on the strain rate. In the present research, a comprehensive review of the previously published studies on the topic of strain-rate dependent properties of glass fiber and its fiber-reinforced composites, as the most common FRP composite, under dynamic loading was presented. At first, studies that presented the mechanical properties of the long glass fibers at various strain rates were extensively investigated. Furthermore, experimental studies on the effects of strain rate on different types of glass fiber reinforced polymer composites were categorized and presented. Also, the strain-rate dependent behavior of the thermoset polymers was investigated. The various analytical and numerical models of macro-mechanics and micromechanics presented for this type of composites were reviewed comprehensively.

    Keywords: Mechanical properties, Strain rate dependency, reinforcement fibers, glass, epoxy composites
  • Afsaneh Vahdani, Abolfazl Darvizeh *, Majid Alitavoli, Hamed Rajabi Pages 1307-1316
    Most natural materials are composites that can exhibit a wide range of material properties, such as the elastic modulus. Insect cuticle is one of these natural materials. The material gradient of the cuticle drastically varies in different insect body parts. Considering the small size of cuticular samples, conducting experimental tests is very challenging, expensive, and time-consuming. Understanding how cuticular structures work and their graded properties can help to design and develop engineering materials with enhanced properties. In this paper, the finite element (FE) method is used to investigate the function of the cuticle in the membrane of dragonfly wings. In this regard, first, the distribution of materials on the wing membrane is investigated using images obtained by confocal laser scanning microscope (CLSM). Then, in order to estimate the stress and strain values subjected to displacement, multiple stiffness functions are applied for a geometric model of a cantilever beam, which represents the membrane. The results show that the presence of a graded stiffness has a significant effect on the mechanical behavior of the cantilever beam. A comparison of the results obtained from the analysis of different stiffness functions showed that The quadratic function is introduced as a more suitable distribution for stiffness, in terms of having the least stress and strain in this structure, compared to other stiffness functions. This study can provide a proper and applied platform for further interdisciplinary research in this area.
    Keywords: Graded materials, finite element method, biological structures, Confocal Laser Scanning Microscopy, Biomechanics
  • Mohammad Delshad Gholami, Davood Rahmatabadi, Taghi Shojaee, Ramin Hashemi *, Bijan Mohammadi Pages 1317-1326
    In the last few years, researchers have been interested in the fabrication of laminated composite sheets. In this research, mechanical properties and fracture toughness of three-layer aluminum-magnesium-aluminum composite sheet produced by cold-rolling bonding method were investigated. Mechanical properties and fracture cross-sections of the specimens were studied by uniaxial tensile test, hardness test and scanning electron microscopy, respectively. It was observed that the tensile strength of composite specimens was higher than that of aluminum and the microhardness and fracture toughness values were increased compared to the initial specimens. High applied cold work can be the main reason for the increase in hardness and fracture toughness, and the reason for the decrease in composite strength over magnesium is the creation of plastic instability in the magnesium reinforcer due to the high strain.The results of scanning electron microscopy also show that the fracture mechanism is for the soft aluminum layer and for the crisp magnesium and the surface of the fracture cross section in the aluminum layer has a shallower and smaller micropores, indicating shear ductile fracture.
    Keywords: Cold Roll Bonding, Fracture toughness, Mechanical properties, Layered Composite
  • Mohammad Noorian, Mohammad Ravandi * Pages 1327-1338
    Non-homogeneous mixture and unintentional flaws during the production stage have always given rise to uncertainties in the structural response of composite materials. This is intensified in the composites reinforced with natural fibers due to the natural origin of the fibers. In this study, an uncertainty analysis of the frequency response of a unidirectional flax/epoxy composite, as one of the common natural fiber composites, were carried out. The variability of the fiber elastic properties, fiber density, fiber volume fraction, and the misalignment of ply orientations were considered as the uncertainty sources. The uncertain input variables were divided into normal and uniform variables through the Anderson-Darling test, based on the various experimental data acquired from the literature. Due to the high number of uncertain input variables, a computationally efficient response surface approach based on the polynomial chaos expansion was adopted and modified accordingly to take the multi-type stochasticity of the input parameters into account. Moreover, the uncertainty analysis results obtained from the response surface method were validated by the direct Monte Carlo simulation, and the accuracy and efficiency of the surrogate model were demonstrated.
    Keywords: Uncertainty quantification, Flax fibers, Vibrational behavior, Polynomial chaos expansion, Cleanshaw Curtis
  • Hamidreza Ezatpour *, Marziyeh Torabi Parizi Pages 1339-1352

    The improvement level of mechanical properties of aluminum matrix composites reinforced to carbonaceous materials is lower than expected. The intrinsic characteristics and production methods are effective parameters on microstructure and efficiency of these composites. In this study, AA7075/CNTs+GNPs hybrid composites were fabricated by flake powder metallurgy process combined to solution method, semi-solid casting and high temperature extrusion. After determination of optimum VGNP/VCNT ratio in hybrid carbonaceous reinforcement (= 0.167), its effect on microstructure and mechanical properties of AA7075 alloy was investigated. The semi-solid casting process led to destroy the network structure of carbonaceous reinforcements and to entrap them mechanically into the aluminum matrix and to segregate alloy elements on their surface. In optimum temperature of extrusion process (= 400 °C), the uniform distribution of carbonaceous reinforcement and the decrease in the average grain size (~39%) were obtained. Hardness, tensile and compressive strengths of the hybrid composite were improved by 17%, 51% and 28% compared to AA7075 matrix alloy. The extraordinary efficiency of tensile strength (~3952%) was obtained in the hybrid composite as a result of effective load transfer due to effect of the pulling out and the bridging of carbonaceous reinforcements.

    Keywords: AA7075 alloy, Carbonaceous hybrid reinforcement, extrusion, Microstructure, Mechanical properties
  • Amir Hossein Dodanke, Hadi Dabiryan *, Saeid Hamze Pages 1353-1362
    In this paper, the impact behavior of polyurethane foam-based composites reinforced with warp-knitted spacer fabric is investigated, experimentally. For this purpose, warp-knitted spacer fabric with different structures such as two different thickness, small and large mesh sizes and position of the meshes facing each other and not facing each other were produced. Then composite samples were fabricated using warp-knitted spacer fabrics as reinforcement, and polyurethane foam as matrix. The physical properties of samples like weight per unit area and fiber volume fraction of composite were measured. The failure energy of prepared samples was measured during quasi-static impact test, and finally low velocity impact with an initial energy of 5 J was carried out on composite samples. The results showed that the impact energy of samples is increased at least tripled by using the reinforcement. The maximum energy absorption is 2.858 J which is related to the samples reinforced with fabric with large mesh, high thickness and not facing of the meshes relative to each other. Generally, the energy absorption on average has been increased 21.2% by increasing the thickness, 9.5% by increasing the size of the meshes from small to big, and 47.3% by changing the position of the meshes from facing to non-facing.
    Keywords: Warp knitted spacer fabric, composites, Low velocity impact, Foam, geometrical parameter
  • Ahmad Gerami, Ali Davar *, Mohsen Heydari Beni, Jafar Eskandari Jam Pages 1363-1372
    Composite materials became a great interest of researchers on light weight structures during the last decades due to their high specific strength and high specific stiffness. Lattice and grid stiffened structures are one of these efficient composite structures especially for axial compressive loads. In this research, the following main objectives are followed: (1) The buckling strength analysis of the lattice cylinders subjected to axial compressive force, (2) The impact response and damage analysis of the lattice cylinders subjected to the transverse impact of a falling object, (3) The buckling strength analysis of the lattice cylinders subjected to axial compressive force after applying transverse impact to the structure. In order to achieve the above purposes, the finite element and the experimental methods are used. In the finite element method, ABAQUS software is used to find maximum axial strength of the structure and the impact results of the structure due to its energy absorption and damage properties. In the experimental method, first, two samples of the lattice composite cylinders are made of Kevlar/Epoxy material and then they are subjected to impact test and also buckling strength tests before and after applying transverse impact when damage occurs in the lattice structure. Finally, the results of these two methods, including impact force, impact time and damage area have been compared. Results show that the damage of the structure due to the impact test, do not causes the maximum buckling strength of the structure to be reduced significantly.
    Keywords: Buckling strength, composite mesh cylindrical shells, transverse impact. finite element method, experimental method
  • Mohammad Azadi *, Mohammad Dorfaki Pages 1373-1386
    In this article, effects of the loading rate on low-cycle fatigue behaviors in carbon fiber reinforced composites have been investigated. Firstly, open-hole composite specimens were exposed to two different tensile loading rates to achieve displacements in low-cycle fatigue tests. Then, samples were subjected to cyclic loading, in three displacements and five loading frequencies. Fracture surfaces and scanning electron microscopy images were also shown. Obtained results indicated that increasing the rate enhanced the maximum stress due to the material tend to the brittle behavior. The maximum stress in different frequencies had a small enhancement; however, it enhanced at various displacements. The lifetime had a decreasing trend in a constant displacement, with increasing the frequency and increased in a constant frequency, with increasing the displacement. By analyzing the sensitivity, the change in the loading frequency (at constant displacements) and the displacement (frequencies: 1-5 Hz) were not effective on the maximum stress. However, under 10-20 Hz, it was effective on the maximum stress. The material cyclic behavior demonstrated that the maximum stress decreased during loading cycles due to the damage accumulation and the composite stiffness reduced. The failure mechanisms changed by changing the frequency and the percentage of the fiber breakage increased by increasing the loading frequency.
    Keywords: Polymer matrix composite, Carbon fibers, Low-cycle fatigue, Displacement rate, Displacement amplitude
  • Shahram Hosseini, Gholamhossein Rahimi * Pages 1387-1396
    In this paper, bending analysis of a hyperelastic multi-layer square plate with clamped, simply supported, and free boundary conditions are studied. The right Cauchy-Green tensor and neo-Hookean strain energy function utilized to define the plate's physical nonlinear behaviour. The nonlinear strains formulated using first-order shear deformation plate theory, and the Euler-Lagrange equations employed to derive the strong form of the governing equations. The meshless collocation method based on radial point interpolation method used to solve the nonlinear governing equations. The nonlinear boundary conditions imposed directly on the plate in meshless collocation method. The logarithm basis function utilized for defining shape functions, and the nonlinear system of equations solved using the arc-length algorithm. The results of the meshless method compared to those of ABAQUS finite element software. The results show that the meshless collocation method based on radial basis functions are efficient in nonlinear bending analysis of the multi-layer hyperelastic plate with various boundary conditions such that the less difference between meshless method and finite element method is 0.93% for clamped and the most difference is 8.72% with free boundary conditions.
    Keywords: Multi-layer hyperelastic plates, meshless method, radial basis functions, neo-Hookean strain energy function
  • Ali Delbariani-Nejad, Amin Farrokhabadi *, Mohammad Fotouhi Pages 1397-1410
    Unlike other materials, composite laminates have more uncertainty sources, such as uncertainty in the material properties; hence it is very essential to predict the probability of the occurrence of various types of damage modes in composite laminates due to random behaviors of composite structures. Matrix cracking induced delamination (MCID) is one of the catastrophic modes that can occur in composite laminates. In this paper, a new algorithm for probabilistic prediction of MCID based on the concept of energy release rate and its critical value was developed and by applying this proposed framework, the reliability analysis of MCID damage was performed. The limit state function was formulated using a general failure criterion which was developed by the authors of this article, previously. To represent the performance of the proposed algorithm, the probability of the occurrence and growth of MCID in a quasi-isotropic laminate including 45°, 90°, -45° and 0° plies under different loading conditions and various stacking sequences was extracted by using first and second order reliability methods (FORM and SORM),. The verification of the obtained probabilities was performed using Monte Carlo simulation (MCS). In addition, some significant results were validated using several experimental data, qualitatively. The effect of variables such as the ply thickness, the level of longitudinal uniaxial stress and the presence of general in-plane stresses on the probability of occurrence and growth of MCID was investigated.
    Keywords: Reliability, Probability of Failure, Delamination, Limit state function, failure criterion
  • Mohammad Javad Khodaparast, Reza Azarafza *, Abas Vafaeesefat Pages 1411-1420

    Drilling process of Fibers Glass-epoxy composites is always associated with defects such as interlayer delamination phenomenon. This phenomenon reduces the strength of composite panels. In this study, to minimize this defect, the effective parameters including feed rate, tool diameter, thickness, edge tool angle, rotational speed, orientation fibers and coolant were studied. The number of experiments was specified based on Taguchi's design of experiments method and Experimental study was performed on the drilling process of the composite to evaluate the amount of delamination. Then holes were scanned by a Video Measuring machine(VMM) and amount delamination in them has been calculated by considering hole diameter. The collected data were used to statistically analyze and optimize the drilling parameters using variance analysis (ANOVA). The results showed that feed rate with a 29.6% and rotational speed with 24% had greatest influence on the delamination, so that with increasing the feed rate delamination was increased and with increase in rotational speed, delamination is first increased and then decreased. Also to investigation of the effect of delamination on the tensile strength of composite and stress concentration coefficient, specimens were subjected to tensile test. The results showed that with increasing delamination, the average tensile strength and stress concentration coefficient of perforated parts compared to healthy specimen( without hole), 34% decreased and 51.66% increased respectively. Also with 1.22 times the delamination compared to the delamination of initial sample, tensile strength 6.5% decreased and stress concentration coefficient 6.9 increased.

    Keywords: Composite, Delamination, Drilling, Optimization, Strength
  • Ali Ghorbankhan, Mohammad Reza Nakhaei *, Pedram Safarpour Pages 1421-1430

    In this paper, nanocomposites based on polyamide 6 (PA6)/acrylonitrile-butadiene rubber (NBR)/Perlite were prepared by melt mixing technique in an internal mixer. Response surface methodology (RSM) and central composite design (CCD) were used to study the influence of two material variables including perlite content and NBR content on tensile strength and impact strength of PA6/NBR/Perlite nanocomposites. The microstructure of nanocomposites samples was also examined to confirm the result obtained by scanning electron microscopy images. Based on the results obtained from the response surface methodology, when NBR phase content is 20%wt., with increasing perlite nanoparticles from 3% to 7% wt., the value of tensile strength increased by 12.9% and on the other hand, the value of impact strength decreased by 47.7%. Under optimal conditions of perlite content of 4.37 wt. and NBR content of 34.83 wt., the simultaneous maximization of the tensile strength (58.4 MPa) and impact strength (66.3 J/m) could be obtained. Observations of scanning electron microscopy images showed that the difference in mechanical results was due to the different sizes of the elastomeric phase in different compounds.

    Keywords: Polyamide 6, Acrylonitrile Butadiene Rubber, Perlite, Nanocomposite, Response surface methodology
  • Majid Parvaresh, Hamed Ahmadi *, Gholamhossein Liaghat Pages 1431-1442
    In this paper, a new category of lattice structures called auxetic structures has been studied, which due to low weight, high stiffness and shear strength, have various applications including energy absorption. The unique features of these lattice structures can be related to their special geometry and the Negative Poisson's ratio. In this study, three elastomeric auxetic structures made of TPU with geometries of Anti-tetra chiral, Arrowhead and Reentrant were investigated experimentally at quasi-static and impact loading and compared with a non-auxetic Honeycomb structure. The specimens were fabricated by additive manufacturing method and evaluated using the parameters such as the absorbed energy and the energy per unit length of compaction. Impact loading was performed at two level to investigate the energy absorption capability and deformation mechanisms of the structures in different level of loading. The results show that the auxetic structures absorb much more energy than non-auxetic conventional ones in quasi-static loading and absorb more energy per unit length compaction in impact loading.
    Keywords: Elastomeric Auxetic Structures, energy absorption, absorbed Energy Per Unit length of compaction, quasi-static loading, impact loading
  • Sayed Ali Mousavi Tarsi, Mehdi Afshin * Pages 1443-1452
    Due to the sensitivity of the results in the delamination area of composite laminates, it is necessary to use accurate theories that include all components of stress to study this area. For this purpose, in the present study, the virtual crack closure technique based on layer wise theory has been developed to analyze the propagation of delamination in a composite beam. The strain energy release rate in mode I is determined based on the properties of the material and an algorithm is proposed to implement the method. The present method has been implemented numerically in MATLAB software on a 2D and 3D Double Cantilever Beam (DCB). In order to validate the method, it has been compared with the results of previous works based on Finite Element method. An analytical solution to the problem is also presented and compared with the results of the present work. The force-displacement behavior of a DCB composite beam is analyzed, which indicates the suitable capability of this method in the analysis of propagation of delamination, and the computations are reduced relative to the three-dimensional Finite Element.
    Keywords: Composite beam, Delamination, Layer Wise, VCCT
  • Ehsan Hamidi, Valiollah Panahizadeh * Pages 1453-1460

    In this paper, the mechanical properties of nanocomposites based on a matrix of two phases of polyamide 6 polymer and ethylene propylene diene monomer (EPDM) reinforced with carbon nanotubes are investigated. The compounds include 0%, 1%, 2% and 3% by weight of carbon nanotubes as well as 5 and 10% by weight of EPDM-G-MA as compatible and 10 and 20% by weight of EPDM prepared by an internal mixer. Samples were prepared for mechanical tests by a hot press machine. Mechanical tests were performed to determine the impact and tensile strengths, modulus of elasticity and elongation at failure. It was observed that adding 1% by weight of carbon nanotubes increases the impact strength by 12%, tensile strength by 25% and elastic modulus by 43%, but decreases the failure length by 13%. Also, with the presence of 10% EPDM, impact strength increased by 27% and elongation at fracture by 34%, but the tensile strength of polyamide decreased by 5% and its elastic modulus by 19%. To improve the mentioned cases, by adding 5% EPDM-G-MA, the impact strength increased by 14%, the tensile strength by 5%, the elastic modulus by 20% and the elongation at break by 13%. Finally, by adding carbon nanotubes and combining EPDM and EPDM-G-MA, all the mechanical properties mentioned in polyamide 6 were improved

    Keywords: Nanocomposites, Mechanical properties, Polyamide, EPDM, Carbon nanotubes
  • Kian Amirashjaee, Sajjad Fakhreddini-Najafabadi, Fathollah Taheri-Behrooz * Pages 1461-1472
    Nowadays, low-velocity impact resistance and damage tolerance have become very important in the design of composite structures, especially in the aerospace industry, and have led researchers to evaluate the low velocity impact response in the design of composites. In this research, a numerical model for low velocity impact (LVI) of carbon /epoxy composite laminate is proposed. This 3D damage model is based on continuum damage mechanics with subroutine development (UMAT) in Abaqus/Explicit. In this model, the interlaminar and intralaminar damage is considered and the nonlinear shear behavior is applied to consider the plasticity in the matrix. To evaluate the results obtained from the numerical model, impact testing was performed at three levels of impact energy (10 J, 15 J and 20 J). In addition, in order to verify the failure mechanisms and the amount of damage caused by the impact, delamination area was measured using radiology technique. By comparing the response of the impact behavior, a good correlation was obtained between the experimental test results and the simulation, which shows that the failure model used is well able to predict the behavior of the composite in this process.
    Keywords: Low-velocity impact (LVI), Finite element model, Carbon-fiber-reinforced polymer (CFRP), continuum damage mechanics (CDM)
  • Amir Ebrahim Akbari Baghal, Ahmad Maleki *, Ramin Vafaeipour Sorkhabi Pages 1473-1474

    The authors regretted the typographical error and requested a change in the second author's academic rank from "Associate Professor" to "Assistant Professor", which was applied in this amendment. It should be noted that the Journal of Science and Technology of Composites has no responsibility for the subsequent consequences of this amendment, and this has been done based on the written request of the authors, and they are responsible for any subsequent problems.