بررسي خواص ارتعاشي و ميرايي كامپوزيت هاي گرافيت نانوپليتلت/اپوكسي

Investigating the Vibrational and Damping Properties of Graphite Nano - Platelet/Epoxy Composites

در پژوهش حاضر، تاثير وجود درصدهاي مختلف گرافيت نانوپليتلت (GNP) به عنوان فيلر روي خواص ارتعاشي رزين اپوكسي مورد مطالعه قرار گرفته است. بدين منظور نمونه هاي كامپوزيتي با مقادير فيلر صفر تا 5 درصد وزني به روش تركيب انحلالي ساخته شده و آزمايشات ارتعاش آزاد و اجباري روي تيرهاي كامپوزيتي حاصل صورت پذيرفت. براساس اطلاعات حاصل از ارتعاش آزاد، فاكتور اتلاف ساختاري η به صورت تابعي از درصد فيلر به دست آمده و مشاهده شد كه با افزايش فيلر از صفر تا 3 درصد وزني، فاكتور اتلاف كاهش پيدا مي كند. با افزايش اين درصد از 3 تا 5 روند تغييرات صعودي در فاكتور اتلاف مشاهده شد. در مرحله بعد نمودار پاسخ فركانسي (FRF) براي اپوكسي خالص در محدوده مود دوم ارتعاشي به دست آمده و به واسطه مجموع اطلاعات حاصل از ارتعاشات آزاد و اجباري، ضرايب ميرايي ريلي براي اپوكسي خالص تعيين شد. ضرايب حاصل حاكي از يك وابستگي غيرخطي نسبت ميرايي به فركانس طبيعي براي اپوكسي خالص هستند. در نهايت به منظور مدل سازي رفتار ارتعاشي كامپوزيت هاي مورد بررسي، يك حجمك نماينده (RVE) با درصدهاي وزني فيلر صفر تا 5 تهيه شد. صحت سنجي نتايج حاصل از مدل سازي از طريق مقايسه نتايج با داده هاي تجربي انجام شده و اعتبار فرضيات صورت گرفته در مدل سازي بررسي شد.

In the present study, the effect of graphite nano platelet (GNP) as a filler on the vibrational properties of the epoxy EP411 DSM matrix was studied. For this purpose, GNP-epoxy composites samples were fabricated with 0-5 wt.% of GNPs using the solution mixing method. Free and forced vibrations tests on the cantilever composite specimens were conducted. Based on the free vibration results, the structural damping loss factor (η) was obtained as a function of the GNP loading. It was found that η decreases as the GNP wt.% increases and reaches to the lowest value at 0-3 wt.% of GNP content, and η increases as the GNP loading increases and reaches to the value at 3-5 wt.% of GNP. Also, the frequency response function (FRF) around the second vibration mode was obtained for the neat epoxy. The Rayleigh damping coefficients were calculated employing the free and forced vibration results. The results revealed a nonlinear dependence of damping ratio (ζ) on the natural frequency of the neat epoxy. A representative volume element (RVE) incorporating 0-5 wt.% of GNPs was generated and the vibrational properties were numerically simulated. The modeling results were compared with those obtained from the experiment to verify whether the basic assumptions had been chosen properly.