کامپوزیت های چندلایه ای الیاف- فلز که از اتصال ورق های نازک فلزی و کامپوزیت های تقویت شده با الیاف تشکیل شده اند، به دلیل دارابودن وزن کمتر و خواص مکانیکی بهتر در مقایسه با سایر کامپوزیت ها و آلیاژهای آلومینیوم در صنایع مختلف کاربرد فراوانی پیدا کرده اند. در صورت ایجاد عیوبی همچون ترک در این مواد، ساختار آن ها آسیب دیده و لذا باید آن را جایگزین نمود. جهت بهبود عیوب و ترک ها بدون جایگزین کردن کامپوزیت چندلایه ای از سیستم های خودترمیمی استفاده می شود. در این پژوهش یک سری میکرولوله های شیشه ای کوتاه پرشده با نوعی ماده ترمیم کننده شامل رزین اپوکسی و هاردنر مربوط به آن به عنوان سیستم خودترمیمی استفاده شده است. هنگامی که در حین بارگذاری عیب یا ترک در کامپوزیت ایجاد شود، این عیوب با میکرولوله های شیشه ای کوتاه برخورد کرده، در نتیجه میکرولوله ها شکسته و عامل ترمیمی در محل آسیب جریان پیدا می کند که با گذشت زمان موجب ترمیم آسیب و در نتیجه بهبود خواص کامپوزیت می شود. هدف از این پژوهش بررسی کسر حجمی مناسب و زمان مطلوب جهت مشاهده پدیده ترمیم شوندگی است. بدین منظور میکرولوله های شیشه ای حاوی مواد ترمیم کننده با کسرهای حجمی 4، 8 و 12 پر و خردشده و در کامپوزیت زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه پراکنده شدند. خواص کششی نمونه ها با گذشت زمان های مختلف پس از ایجاد آسیب مورد بررسی قرار گرفت. بیشترین میزان بازیابی راندمان ترمیم به میزان 58.3 درصد برای نمونه حاوی 8 درصد حجمی ماده ترمیمی مشاهده شد.

در فرایندهای خم کاری، ورق بین ابزار و قالب دچار تغییر شکل پلاستیک شده و شکل نهایی موردنظر را به خود می گیرد. مهم ترین نقصی که در خم کاری ورق ها رخ می دهد تغییر زاویه خم پس از باربرداری است. این پدیده که بازگشت فنری نامیده می شود، ناشی از رفتار الاستیک ورق در مرحله باربرداری است. به منظور افزایش دقت ابعادی محصول باید متغیرهای خم کاری به شکلی انتخاب گردند که زاویه خم پس از بازگشت فنری به مقدار مورد نظر برسد. ورق های چندلایه الیاف-فلز به دلیل ویژگی هایی نظیر نسبت استحکام به وزن بالا، هزینه ساخت مناسب، مقاومت شیمیایی مناسب، استحکام مکانیکی بالا، میرایی صوت و ارتعاش و عایق حرارتی بودن مورد توجه صنایع قرار گرفته اند. در این پژوهش رفتار بازگشت فنری ورق چندلایه الیاف-فلز با روش تئوری بررسی شده و نتایج با آزمایش های تجربی صحه گذاری شده است. نتایج این پژوهش نشان داد روش تئوری ارائه شده با خطای میانگین حدود 17% توان پیش بینی رفتار بازگشت فنری ورق چندلایه الیاف-فلز را دارا است.

چندلایه های الیاف-فلز شامل لایه های کامپوزیت و ورق های فلزات عموما سبک هم اکنون کاربرد بسیار گسترده ای در صنایع پیشرفته نظیر صنایع هوایی و هوافضایی پیدا کرده اند. با معرقی این مواد، پژوهشگران با تلفیق مزایای فلزات و کامپوزیت ها و استفاده هم زمان آنها در یک سازه ی هیبریدی، موفق شدند بر معایب فلزات و کامپوزیت ها مانند خوردگی در فلزات و مقاومت ضربه ای پایین کامپوزیت ها غلبه کنند. یکی از مهم ترین بارگذاری هایی که چندلایه های الیاف-فلز در صنعت به ویژه صنایع هوافضا با آن مواجه هستند، بارگذاری ضربه ای است. در این پژوهش تلاش شده با استفاده از خواص استثنایی آلیاژهای حافظه دار، مقاومت ضربه ی این نوع سازه را افزایش داد. بدین منظور از سیم های آلیاژ حافظه دار نیکل-تیتانیم در حد فاصل بین لایه های کامپوزیتی زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف بازالت با ورق های آلومینیوم 6061 استفاده شد. نتایج آزمایش ضربه ی سرعت بالا روی نمونه ها حاکی از این است که با جاگذاری سیم، انرژی جذب شده در نمونه و متعاقب آن مقاومت شکست به میزان قابل توجهی افزوده می شود اما افزایش تعداد سیم تاثیر چندانی در انرژی جذب شده و مقاومت به ضربه ی سازه ندارد.

در تحقیق حاضر، تاثیر سیکل سرمایشی بر خواص خمشی کامپوزیت لایه ای الیاف-فلز مورد مطالعه قرار گرفت. کامپوزیت لایه ای الیاف-فلز از دو لایه آلومینیوم 2024-T3 و یک لایه کامپوزیت زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف بازالت به روش لایه گذاری دستی ساخته شد. به منظور افزایش چسبندگی بین ورق آلومینیومی و کامپوزیت پلیمری، اصلاح سطحی آلومینیوم به روش های مکانیکی (سنباده زنی)، شیمیایی (حکاکی) و الکتروشیمیایی (آندایز) انجام پذیرفت. هر سیکل سرمایشی در مدت زمان 4 دقیقه بین دمای-40 ° C و 25 ° C انجام شد. خواص خمشی نمونه ها بعد از 15و 30 سیکل سرمایشی مورد ارزیابی قرار گرفت و با خواص خمشی نمونه های بدون سیکل سرمایشی مقایسه شد. با افزایش تعداد سیکل سرمایشی، در نمونه های با آلومینیوم اصلاح سطحی شده به روش آندایز، خواص خمشی ابتدا افزایش یافته و سپس کاهش یافت ولی برای نمونه های با آلومینیوم اصلاح سطحی شده به روش حکاکی، خواص خمشی رفتار کاهشی را نشان داد. در نمونه با اصلاح سطحی سنباده زنی، مدول و انرژی شکست ابتدا افزایش و سپس کاهش یافت، ولی استحکام خمشی سیر نزولی داشت. بررسی میکروسکوپی نیز نشان داد علت کاهش خواص خمشی برای نمونه های با آلومینیوم حکاکی شده و کاهش استحکام خمشی برای نمونه با آلومینیوم سنباده زده شده بعد از سیکل سرمایشی، تغییر مکانیزم شکست از شکست کامپوزیت به جدایش بین لایه های کامپوزیت است، در حالی که برای کامپوزیت های با آلومینیوم آندایز شده، این مکانیزم، شکست کامپوزیت بوده که با انجام سیکل سرمایشی تغییری نکرد.

در این پژوهش، خواص فشاری چند لایه های الیاف-فلز شامل ورق آلومینیوم 3T-2024 به همراه کامپوزیت زمینه اپوکسی تقویت شده با هیبرید الیاف جوت و الیاف شیشه بررسی شد. به منظور بهبود چسبندگی ورق های آلومینیوم با الیاف، این ورق ها توسط روش حکاکی شیمیایی اصلاح سطح شدند. همچنین به منظور بهبود خواص مکانیکی و رفتار چسبندگی الیاف جوت، اصلاح سطحی به روش بازی انجام و توسط طیف سنجی مادون قرمز تایید شد. نمونه ها براساس هشت حالت چینش متفاوت الیاف جوت-شیشه به صورت لایه گذاری دستی ساخته شدند. آزمون فشار لبه ای روی نمونه ها انجام شده و حداکثر بار اعمالی، حداکثر استحکام فشاری، انرژی جذب شده هنگام شکست و انرژی جذب شده ویژه محاسبه شدند. سه حالت شکست شامل تورق و جدایش یکی از رویه ها از الیاف، تخریب ستونی همراه با تورق رویه ها در جهات مخالف و حالت کمانش اویلری در نمونه ها مشاهده شد. با مقایسه حالات شکست و نتایج آزمون فشار لبه ای، پی برده شد که حالت شکست کمانش اویلری مطلوب ترین حالت شکست می باشد. همچنین بررسی نمودارهای نیرو-جابه جایی و حالات شکست نمونه ها نشان داد که نمونه هیبریدی با ترتیب چینش الیاف شیشه-جوت-شیشه-جوت-شیشه بیشترین استحکام فشاری (MPa 1/102) و انرژی جذب شده ویژه (kJ/kg 6/1123) را دارا بوده و شکست آن (حالت کمانش اویلری) به صورت چند مرحله ای و کنترل شده می باشد.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

امروزه کامپوزیت های لایه ای فلز- الیاف به واسطه دارابودن خواص مکانیکی خوب و وزن کم بسیار مورد توجه طراحان به ویژه در صنایع هوافضا، قرار گرفته اند. در پژوهش حاضر، نمونه های کامپوزیتی آلومینیوم- شیشه به روش لایه گذاری دستی ساخته شد و اثر تغییر زاویه الیاف، چگونگی لایه گذاری و مقاومت به ضربه آنها به طور عملی مورد بررسی قرار گرفت. نمونه ها طبق استاندارد ASTM D256-93a ویژه پلاستیک ها و استاندارد ASTM E23-01، که برای فلزات است، در دو اندازه کوچک و بزرگ تهیه و در دو دستگاه آزمون ضربه با ظرفیت انرژی کم و زیاد آزمایش شدند. نتایج حاصل از آزمون ضربه چارچی نشان می دهد که وجود لایه کامپوزیتی با زاویه الیاف صفر درجه خواص ضربه ای را به شدت بهبود می بخشد. از سوی دیگر محل قرارگیری لایه ها نیز بسیار مهم است. درباره جنس لایه ها نیز می توان گفت، وجود لایه های آلومینیومی بیش از لایه های کامپوزیتی خواص مکانیکی را بهبود می بخشد و نیز مقدار جذب انرژی نمونه ها در دستگاه با ظرفیت انرژی زیاد، بیشتر از مقدار انرژی جذب شده در دستگاه با ظرفیت انرژی کم است.

امروزه، چندلایه های الیاف-فلز کاربردهای زیادی در صنایع هوایی، دریایی و خودرو به دست آورده اند. این ساختارها شامل ورق های نازک فلزی اتصال یافته به کامپوزیت پیش آغشته می باشند. شناسایی و تعمیر ترک های داخلی ایجاد شده در چندلایه های الیاف-فلز، با روش های مرسوم مشکل است. برای غلبه بر این مشکل، در این پژوهش یک سیستم پلیمری خودترمیم شونده بر اساس میکرولوله های شیشه ای توخالی خردشده معرفی شده است که به بررسی استحکام خمشی چندلایه های الیاف-فلز با آرایش آلومینیوم 2024/رزین اپوکسی-الیاف شیشه; نوع E/آلومینیوم 2024، پس از تخریب می پردازد. میکرولوله های شیشه ای پرشده با عوامل ترمیمی (رزین اپوکسی + هاردنر آمینی) به صورت جفت کنار یکدیگر قرار داده شدند و در ادامه در داخل ساختار قرار گرفتند. هدف از این مطالعه دستیابی به کسر حجمی مناسب و همچنین زمان مطلوب جهت رسیدن به حداکثر بازده ترمیم می باشد. میکرولوله های حاوی عوامل ترمیمی با درصد حجمی های متفاوت 5، 8 و 11 درصد در نمونه ها به کار گرفته شدند و در ادامه تاثیر آن بر راندمان ترمیم استحکام خمشی پس از گذشت زمان های مختلف 3 و 5 روز پس از آسیب اولیه مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار بازیابی استحکام خمشی به میزان 89 درصد برای نمونه حاوی 8 درصد حجمی عامل ترمیمی با گذشت مدت زمان 5 روز پس از ایجاد آسیب می باشد.

در این مطالعه تاثیرات دماهای مختلف محیطی و لایه چینی الیاف بر رفتار خمشی کامپوزیت های هیبریدی متشکل از رزین اپوکسی، الیاف بازالت و الیاف نازک تک جهته کربن مورد بررسی قرار گرفت. کامپوزیت های هیبریدی با استفاده از روش لایه گذاری دستی 2 لایه الیاف نازک تک جهته کربن و 6 لایه الیاف بازالت ساخته شدند. نمونه ها با سه نوع مختلف لایه چینی به طوری که موقعیت الیاف نازک تک جهته کربن از مرکز به سطوح نمونه ها تغییر می کرد، آماده شدند. همچنین، تاثیر دما بر رفتار خمشی نمونه ها با استفاده از دماهای 25، 60 و 95 درجه سانتی گراد مورد بررسی قرار گرفت. تمامی نمونه ها دارای شکست تدریجی بودند و به دلیل حضور الیاف نازک تک جهته کربن، رفتار شبه انعطاف پذیر نشان دادند. نتایج نشان دادند که با قرار دادن الیاف نازک تک جهته کربن در بیرونی ترین لایه ها، استحکام و مدول خمشی نمونه ها به شدت افزایش یافت. به عنوان نمونه، در دمای 25 درجه سانتی گراد، مدول خمشی نمونه هایی که الیاف نازک تک جهته کربن در بیرونی ترین لایه هایش قرار داشتند، حدود 42 درصد بالاتر از مدول خمشی نمونه های با الیاف نازک تک جهته کربن در مرکز بود. با این وجود، مقادیر کرنش شکست نمونه ها با نزدیک کردن الیاف نازک تک جهته کربن به مرکز نمونه ها افزایش داشت. همچنین، نتایج نشان داد که افزایش دما منجر به کاهش مقادیر استحکام و مدول خمشی نمونه ها شده، در حالی که مقادیر کرنش افزایش یافته است.