بررسي اثر افزودن نانولوله كربني درون ماده زمينه بر محدوده پايداري ايروترموالاستيك صفحات كامپوزيتي داراي الياف

Effect of Adding Carbon Nanotubes into the Matrix Material on the Aero-Thermo-Elastic Stability Region of Fibrous Laminates

در اين تحقيق، پايداري ايروترموالاستيك صفحات كامپوزيتي زمينه پليمري داراي الياف در معرض جريان هواي فراصوت، بررسي شده است. اثر افزودن نانولوله كربني بر خواص ترمومكانيكي ماده زمينه به روش تجربي تعيين شد. مدول يانگ و ضريب انبساط حرارتي پليمر خالص و پليمر تقويت شده با نانولوله هاي كربني به كمك انجام آزمون كشش و ديلاتومتري تعيين شد. سپس به كمك روابط ميكرومكانيكي هالپين- تساي اصلاح شده، خواص مكانيكي و حرارتي پليمر تقويت شده با الياف شيشه و كربن محاسبه شد. يك صفحه كامپوزيتي چهارلايه مستطيل شكل داراي تكيه گاه هاي ساده در معرض جريان هواي فراصوت در نظر گرفته شد و به كمك اصل هميلتون، معادلات حاكم بر حركت آن استخراج شد. از تئوري خطي پيستون براي تعيين توزيع فشار وارد بر صفحه بهره گرفته شد. از روش گلركين براي حل معادلات استفاده شد و اثر افزودن نانولوله كربني به زمينه پليمري بر سرعت بحراني فلاتر صفحات لايه اي در حالتي كه صفحات داراي الياف شيشه يا كربن باشند، مورد مطالعه قرار گرفت. مساله در نسبت طول به عرض هاي مختلف براي صفحه بررسي شد و اثر افزايش دما بر تغيير مرز ناپايداري ايروالاستيك صفحات بررسي شد. نتايج حاكي از آن بود كه با افزايش نسبت طول به عرض صفحه، افزودن نانولوله كربني تاثير بيشتري بر افزايش مرز پايداري ايروالاستيك اين صفحات دارد. درصد اين افزايش براي صفحات تقويت شده با الياف شيشه بيشتر از صفحات تقويت شده با الياف كربن بود. همچنين مي توان گفت كه با افزايش دماي صفحه، افزودن نانولوله كربني درون رزين اپوكسي تاثير كمتري بر گسترش ناحيه پايداري صفحات دارد.

In this research, aero-thermo-elastic stability of fibrous laminated plates subjected to supersonic airflow has been investigated. The experimental method was used to determine the effect of carbon nanotubes on the thermo-elastic properties of the composite matrix material. Young’s modulus and linear coefficient of thermal expansion of neat epoxy and carbon nanotube reinforced epoxy was determined using the tensile test and dilatometry method. The modified Halpin-Tsi micromechanical model was used to characterize the mechanical properties of the carbon nanotubes-fiber-epoxy laminated composites. A rectangular simply supported plate subjected to supersonic airflow was assumed. The governing equation of motion was extracted using the energy method and Hamilton’s principle. Linear piston theory was used to evaluate the aerodynamic pressure. Galerkin’s method was employed to solve the governing equation. The influence of adding carbon nanotubes in epoxy resin was illustrated when glass or carbon fibers were used as microscale reinforcements. Moreover, the effect of plate aspect ratio and temperature on the aeroelastic stability boundary was investigated. Results show that for the plates with high aspect ratio, adding carbon nanotubes into the epoxy resin has more effect on the aeroelastic stability boundary especially when the glass fibers are used. According to the results, in high temperatures, carbon nanotubes have less effect on the expanding of the stability region.