بررسي مدول برشي و رفتار پيچشي كامپوزيت تقويت‌شده با منسوج بي‌بافت متعامد سه بعدي به روش آزمايشگاهي و عددي

Evaluation of shear modulus and torsional behavior of three dimensional orthogonal nonwoven composite-reinforced composite by laboratory and numerical methods

در تحقيق حاضر مدول برشي كامپوزيت تقويت‌شده با پارچه‌ بي‌بافت متعامد سه‌بعدي و رفتار پيچشي آن با استفاده از آزمون پيچش و مدل اجزاي محدود بررسي شده است. پارچه‌ توليدي در دو نوع تقويت‌كننده با كسر حجمي بالاي الياف HVF و كسر حجمي پايين الياف LVF بوده و همچنين از دو نوع رزين اپوكسي و پلي استر جهت توليد كامپوزيت ها استفاده شد. نمونه هاي كامپوزيتي با استفاده از روش پمپ خلأ توليد شده و سپس آزمون پيچش صورت گرفت. مدول برشي حاصل از مدل سازي داراي خطايي كمتر از 10 درصد نسبت به مدول برشي كامپوزيت ساخته شده از آزمايش است. در ساختارهاي كامپوزيتي LVF، در صورت استفاده از ماتريس اپوكسي، مدول برشي و استحكام پيچشي به ترتيب به ميزان 7% و 11% افزايش مي يابد. استحكام پيچشي كسر حجمي بالا براي ماتريس پلي‌استر KPa 34‌/47 اما براي نمونه با ماتريس اپوكسي مقاومت پيچشي KPa 26/81 تعيين شد.

Torsional behavior and shear modulus of three-dimensional orthogonal non-woven textile reinforced composite was assessed experimentally and numerically. Three-dimensional orthogonal non-woven textile was produced with two different densities of high fiber volume fraction (HVF) and low fiber volume fraction (LVF). Orthogonal textiles were impregnated with epoxy and unsaturated polyester matrices using resin infusion technique. Then, torsional tests were performed on samples with proper dimensions. Predicted shear modulus by the developed finite element model showed low error (less than 10%) in comparison to experimental data. In the case of LVF, using epoxy matrix results in improving shear modulus and torsional strength about 7% and 11%, respectively. Finite element model was developed through constructing the representative volume element of composite samples in ABAQUS environment. Appropriate properties were assigned to impregnated yarns and matrix, and periodic boundary conditions were applied. Predicted torsional behavior by the developed finite element model showed good agreement with the experimental data. The torsional strength of the high volume fraction for the polyester matrix was 47.34 KPa, while for the sample with the epoxy matrix the torsional strength was 81.26 KPa.