اضافه شدن ذرات نانو به ورق چندلایه، باعث بهبود هر چه بیشتر خواص و کارایی این چندلایه ها می شود. در این پژوهش، فرایند تغییر شکل در ورق های چندلایه فلز–نانوکامپوزیت شامل زمینه پلی پروپیلن تقویت شده با ذرات نانو رس و الیاف شیشه به عنوان لایه هسته و آلومینیوم 1050 آنیل شده به عنوان لایه های پوسته، با استفاده از آزمایش های تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا، اثر درصدهای وزنی مختلف ذرات نانو رس نسبت به فاز زمینه شامل 1، 3، 5 و 7 درصد وزنی بر مقادیر عمق کشش و نیروی بیشینه تغییر شکل در فرایند شکل دهی پرسی اندازه گیری شده است. به منظور تعیین اثر اضافه شدن ذرات نانو رس، نتایج حاصل از تغییر شکل ورق های چندلایه فلز/نانوکامپوزیت با ورق چندلایه فلز/کامپوزیت شامل فاز زمینه پلی پروپیلن خالص تقویت شده با الیاف شیشه بدون ذرات نانو رس مقایسه شده است. نتایج حاصل نشان دهنده قابلیت اجرای فرایند پرس کاری در ورق های چندلایه فلز/نانوکامپوزیت می باشد. همچنین مشاهده شد که به طورکلی با اضافه شدن درصدهای مختلف ذرات نانو رس، پارامترهای کشش شامل نیروی بیشینه و عمق کشش تغییر یافته است. همچنین مکانیزم های آسیب غالب در تمامی نمونه ها، ترک خوردگی لایه ها و جدایش بین لایه ها می باشد. اضافه شدن ذرات نانو رس تأثیری بر اصول مکانیزم شکست در فرایند شکل دهی پرسی ورق های چندلایه فلز/کامپوزیت ندارد و تنها بر مقادیر پارامترهای فرایند کشش تأثیرگذار می باشد.

در این پژوهش، تأثیر اعمال سیکل های حرارتی بر رفتار ضربه چندلایه الیاف - فلز ساخته شده از آلومینیم و کامپوزیت اپوکسی - الیاف کربن بررسی شد. بدین منظور، در ابتدا چندلا یه های الیاف فلز با چیدمان های متفاوت الیاف کربن (˚0/˚0/˚0/˚0، ˚90/˚90/˚90/˚90، ˚30+/˚30-/˚30-/˚30+ و ˚0/˚90/˚90/˚0) ساخته شدند و تحت سیکل های حرارتی، 0، 1، 10، 30، 50، 70 و 90 قرار گرفتند. برای انجام هر سیکل حرارتی، نمونه ها ابتدا داخل آون به مدت 15 دقیقه قرار داده شدند تا دمای آن ها از دمای محیط به دمای 100 درجه سلسیوس برسد. سپس، نمونه ها به مدت 5 دقیقه در این دما نگهداری شدند و پس از آن از آون خارج و در دمای محیط به مدت 15 دقیقه رها شدند تا دمای آن ها به دمای محیط برسد. سپس، رفتار ضربه این نمونه ها به کمک آزمون ضربه چارپی بررسی شد و سازوکار های مرتبط توسط روش های ماکروساختاری و میکروساختاری  شناسایی شدند. نتایج به دست آمده نشان داد که اعمال سیکل های حرارتی بر چیدمان های تک جهته (˚0/˚0/˚0/˚0 و ˚90/˚90/˚90/˚90) در ابتدا باعث بهبود قابلیت جذب انرژی در این سازه ها می شود که به ترتیب بیشترین بهبود در این چیدمان ها 4/21 و 4/19 درصد هستند. همچنین، نتایج نشان داد که سازوکار های بهبود و کاهش قابلیت جذب انرژی، با تغییر چیدمان ها، به سیکل های حرارتی بالاتر منتقل شدند. بررسی میکروساختاری نشان داد که رفتار شکست با اعمال سیکل حرارتی تغییر کرده و چسبندگی بین الیاف کربن و زمینه اپوکسی از بین رفته است.

در این مقاله به بررسی عملکرد ورق های کامپوزیتی چندلایه فلز-الیاف تحت ضربه کم سرعت با انرژی های ضربه 12.7 J، 16.3 J و 24.2 J به سه روش پرداخته شده است. در مدل اول از آسیب بین لایه ای صرف نظر شده و در دو مدل دیگر این آسیب با استفاده از روش المان چسبناک و سطح چسبناک شبیه سازی شده است. برای مدل سازی آسیب بین لایه ای از تئوری منطقه چسبناک و برای مدل سازی آسیب داخل لایه ای از معیار واماندگی هشین با گسترش آسیب بر مبنای اتلاف انرژی استفاده شده است. از داده های پلاستیسیته و مدل پلاستیسیته جانسون-کوک برای تعریف تغییر فرم پلاستیکی قسمت های آلومینیومی بهره گرفته شده و دقت نتایج هر مدل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. در فرآیند تحقیق، نتایج مدل سازی عددی از نظر نیروی ضربه و تغییر مکان دائم با نتایج تجربی مقایسه و مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد به ازای انرژی 12.7 J برحسب نیروی ضربه، مدلی که در آن از آسیب بین لایه ای صرف نظر شده بهترین پیش بینی را داشته و با افزایش انرژی ضربه ای از میزان دقت نتایج کاسته شده است. در این راستا در انرژی های ضربه بالاتر، نتایج حاصل از دو روش مدل سازی دیگر که رفتار بین لایه ای در آنها لحاظ شده است پیش بینی دقیق تری را در مقایسه با نتایج تجربی نشان داده و در این بین دقیق ترین نتایج از مدل سطح چسبناک حاصل شده است. همچنین آسیب های وارد شده به مدل های المان چسبناک و سطح چسبناک استخراج شده و با یکدیگر مقایسه شده است. در ضمن تورق پیش بینی شده در مدل های سطح چسبناک و المان چسبناک تقریبا رفتار مشابه ای را نشان داده است.

کاربرد سازه های ساندویچی در سازه هایی که وزن در آنها اهمیت زیادی دارد، مثل هواپیماها، قایق ها و قطارهای تندرو در حال افزایش است. انتخاب مناسب جنس هسته و رویه ها از نکات مهم در طراحی سازه های ساندویچی است. امروزه استفاده از رویه های فلزی یا کامپوزیتی رایج است. اما، هریک از این مواد معایبی دارند که کاربرد آنها را محدود می سازد. از این رو، چندلایه های فلز- الیاف با داشتن خواص مکانیکی مناسب که تلفیقی از خواص فلزها و کامپوزیت های الیافی است، می توانند جایگزینی مناسب برای سازه های ساندویچی سنتی باشند. در این پژوهش، رفتار تیرهای ساندویچی با رویه های از جنس چندلایه های آلومینیم-الیاف شیشه زیر بار خمشی بررسی شد. برای انجام آزمون های تجربی سه گروه نمونه با رویه های با لایه چینی متفاوت شامل AL/GE (0-90)/GE (90-0)/AL، AL/GE(0-90)/AL/GE (90-0) و GE (0-90-0-90-90-0-90-0) و هسته های از جنس اسفنج پلی یورتان با چگالی 40 kg/m3 ساخته و آزمایش شده اند. نتایج به دست آمده نشان می دهد، سازه های ساندویچی با رویه های از جنس چندلایه های فلز-الیاف توزیع مناسب تری از بار را روی کل سازه ایجاد می کنند و پیوستگی ساختاری آنها تا پایان مرحله فشردگی کامل هسته به خوبی حفظ می شود. اتصال خوب لایه کامپوزیتی و هسته اسفنجی از دیگر نکاتی است که ظرفیت تحمل بار سازه را افزایش می دهد. در بخش تحلیلی نیز با استفاده از روش کلاسیک، نمودارهای نیرو-جا به جایی در ناحیه کشسان، برای هر یک از نمونه ها به دست آمده است. مقایسه نتایج تحلیلی و تجربی نشان می دهد، خرابی در تیرهای ساندویچی با رویه های از جنس چندلایه های فلز-الیاف به دلیل بزرگ تر بودن ناحیه کشسانی، دیرتر شروع می شود، پیش بینی تحلیلی در ناحیه بزرگ تری منطبق بر نتایج تجربی است و مدل تحلیلی رفتار این تیرهای ساندویچی را به خوبی پیش بینی می کند.

چندلایه ای های فلز- الیاف از کنار هم قرار گرفتن صفحات فلزی و لایه های ساخته شده از کامپوزیت های الیافی تشکیل می شوند. خواص مکانیکی مناسب، باعث شده این کامپوزیت ها کاربرد گسترده ای در صنایع، به ویژه صنایع هواپیماسازی پیدا کنند. در این پژوهش، رفتار چندلایه ای های فلز- الیاف زیر بار ضربه بررسی شده است. در تحلیل چندلایه ای ها از روش انرژی استفاده شد. در این روش با استفاده از شکل ساده شده معادلات فون- کارمن جمله های مختلف انرژی برای سازه زیر بار ضربه محاسبه شد. به منظور انجام آزمون های تجربی نیز دو گروه نمونه با زاویه الیاف متفاوت ساخته شد و هر نمونه در دو سطح مختلف انرژی، به وسیله دستگاه ضربه ثقلی مورد آزمایش قرار گرفت. در هر دو سطح انرژی، نمونه های متقارن از نمونه های نامتقارن مقاومت بیشتری نشان دادند. با افزایش سرعت اولیه ضربه زننده و در نتیجه افزایش انرژی ضربه در محدوده بررسی شده، تعداد لایه های جداشده، مساحت ناحیه جدایش لایه ها و نیز تعداد لایه های شکسته شده افزایش می یابد، اما روند جذب انرژی برای نمونه ها درمقایسه با سطح کمتر انرژی، تغییری نمی کند. مقایسه نتایج تحلیلی با نتایج تجربی نشان داد، روش تحلیلی به کار گرفته شده برای پیش بینی خواص ضربه چندلایه ای های فلز- الیاف مناسب است.

در این پژوهش، رفتار ضربه کامپوزیت های چندلایه ای الیاف/فلز حاوی گرافن، تقویت شده با پارچه هیبرید الیاف شیشه-کولار بررسی شد. به این منظور چندلایه های هیبرید الیاف شیشه-کولار/ آلومینیوم 2024 با درصدهای وزنی متفاوت گرافن به روش لایه گذاری دستی ساخته شدند و تحت آزمون ضربه شارپی قرار گرفتند. همچنین پیش از ساخت کامپوزیت ها سطح ورق های آلومینیوم با استفاده از روش شیمیایی اصلاح شده تا پیوند میان آن ها و لایه کامپوزیتی محکم تر باشد. استفاده از گرافن سبب کاهش استحکام ضربه در کامپوزیت های الیاف/فلز شد و با افزودن 0. 25، 0. 5 و 1 درصد وزنی گرافن به اپوکسی، به ترتیب، 34. 2، 41. 8 و 58. 86 درصد کاهش در استحکام ضربه نسبت به نمونه فاقد گرافن بدست آمد. با افزایش مقدار گرافن در کامپوزیت، میزان و احتمال جدایش میان ورق آلومینیومی و لایه کامپوزیتی افزایش یافته و همچنین کامپوزیت الیاف/فلز از خود رفتار تردتری نشان داد. در نمونه های فاقد گرافن، جدایش رخ نداده، اما با افزایش درصد گرافن، جدایش بیشتر شده و در نهایت برای نمونه های حاوی 1 درصد وزنی گرافن علی رغم جدایش میان ورق فلزی و لایه کامپوزیتی، شکست ترد در کامپوزیت و متعاقبا شکست ورق آلومینیومی مشاهده شد. مطابق با تصاویر میکروسکوپی حضور گرافن و کلوخه های آن در فصل مشترک ورق آلومینیومی و لایه کامپوزیتی موجب جوانه زنی و رشد ترک می شود. همچنین، نانوصفحات گرافن، حفرات ایجاد شده بر روی سطح آلومینیوم را (که به منظور برهمکنش بهتر با رزین توسط اصلاح سطحی تشکیل شده بودند)، پر کرده و مانع از نفوذ رزین و پیوند مناسب میان رزین اپوکسی و آلومینیوم می شوند.

در این مقاله به پایش خرابی ورق آلومینیومی T3-2024 ترک دار ترمیم شده با وصله چند لایه فلز الیاف با روش آکوستیک امیشن پرداخته می شود. برای آزمون تجربی 12 نمونه ساخته شده است. نمونه ها را به 4 دسته با توجه به زاویه ترک (صفر و 45 درجه) و حالت ترمیم شده و نشده تقسیم گردیده است. برای حصول اطمینان از خطای پایین ساخت نمونه ها، از لایه از پیش آغشته کامپوزیتی استفاده شده و سطوح آلومینیوم، آنودایز در محلول اسید کرمیک شده و پخت در اتوکلاو انجام گردیده است. در مرحله ایجاد ترک خستگی با استفاده از داده برداری آکوستیک امیشن لحظه ایجاد ترک خستگی تشخیص داده شده است. با استفاده از مجموع انرژی امواج آکوستیک امیشن شناسایی شروع و رشد خرابی و رشد بحرانی جدایش شناسایی شده است. مکانیزم های مختلف خرابی با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی و بررسی سطوح شکست مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از یک روش که جهت تحلیل فرکانسی امواج معرفی شده سعی شده است، محدوده فرکانسی خرابی های مختلف از هم تفکیک شود. با توجه به اشتراک داشتن محدوده فرکانسی مکانیزم های ایجاد ترک در رزین، جدایش الیاف از رزین و جدایش وصله از آلومینیوم، نمودار نیرو- جابجایی به سه ناحیه تقسیم شده و در هر ناحیه که احتمال وقوع یک فرآیند بیشتر می باشد، محدوده فرکانسی امواج مورد بررسی قرار گرفته است. محدوده فرکانس های غالب پلاستیک شدن آلومینیوم و رشد ترک 440 تا 480 کیلوهرتز و محدوده فرکانس های مکانیزم جدایش 100 تا 150 و 200 تا 220 کیلوهرتز بدست آورده شد.

فرضیه: چندلایه ای های فلز-الیاف (FMLs) از ورقه های فلزی و لایه های کامپوزیت الیافی متصل شده به یکدیگر با رزین پلیمری، تشکیل می شوند. هدف از این پژوهش، بررسی خواص خمشی چندلایه ای های فلز-الیاف دوستدار محیط زیست و مقرون به صرفه از نظر اقتصادی است. در دهه های اخیر، کامپوزیت های الیاف طبیعی به دلیل تجدیدپذیری و بازیافت پذیری و هزینه کم مورد توجه قرار گرفته اند و کاربرد آن ها در صنایع رو به رشد است. ترکیب کامپوزیت های طبیعی با لایه های آلومینیم و ساخت چندلایه ای های فلز-الیاف طبیعی می تواند موجب بهبود خواص مکانیکی و افزایش مقاومت در برابر عامل های محیطی مانند رطوبت، گرما و نور خورشید شود. روش ها: چندلایه ای های فلز-الیاف بر پایه الیاف کنف و نیز کامپوزیت های دارای الیاف کنف با دو نوع رزین اپوکسی و وینیل استر با روش لایه گذاری دستی ساخته شدند. خواص خمشی کامپوزیت ها و چندلایه ای های فلز-الیاف تهیه شده با آزمون خمش سه نقطه ای بررسی شد. پس از انجام آزمون های مکانیکی عکس های میکروسکوپ الکترونی پویشی برای بررسی سطح شکست تهیه شد. برای مقایسه، نمونه های مشابه با استفاده از الیاف شیشه با روش لایه گذاری دستی نیز ساخته و بررسی شدند. یافته ها: نتایج آزمون ها نشان داد، استفاده از لایه های آلومینیم در کنار کامپوزیت های دارای الیاف کنف موجب افزایش مدول خمشی و استحکام نهایی نمونه ها می شود. نمونه های ساخته شده با رزین وینیل استر به دلیل برقراری اتصال مناسب با الیاف کنف و نیز نفوذ به فضای خالی داخل الیاف، خواص خمشی بهتری نسبت به کامپوزیت های با ماتریس اپوکسی داشتند. افزون بر این، عکس های میکروسکوپی الکترونی پویشی نشان داد، به دلیل وجود ناصافی سطح و شکل ویژه الیاف کنف، چسبندگی بهتری میان الیاف کنف با رزین وینیل استر و اپوکسی در مقایسه با الیاف شیشه ایجاد شده است.

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.