پيش بيني استحكام باقي مانده صفحات كربن / اپوكسي تحت ضربه كم سرعت

Residual Strength Prediction of The Carbon/Epoxy Plates Under Low-Velocity Impact

در اين پژوهش استحكام باقي مانده صفحات كامپوزيتي از جنس كربن / اپوكسي در برابر ضربه كم سرعت و تحت تاثير چرخه حرارتي با استفاده از روش تجربي بررسي شده ­است. صفحات كامپوزيتي با لايه چيني [45/02/-45/902]s و ضخامت حدود 2/9 ميليمتر در سه سطح انرژي 10، 15 و 20 ژول و تحت 200 چرخه حرارتي در بازه دمايي 30- تا 65 درجه سانتيگراد تحت ضربه كم سرعت و آزمون استحكام فشاري قرار گرفته­ اند. در انجام آزمون­ هاي ضربه از دستگاه آزمون وزنه افتان استفاده شده­ است. براي بررسي رفتار كامپوزيت ­هاي آسيب ديده، منحني­ هاي نيرو-زمان، نيرو-جابجايي و انرژي –زمان مورد تحليل و بررسي قرار گرفته­ اند. ارزيابي اثر چرخه حرارتي و آسيب ­هاي بوجود آمده در سطوح مختلف انرژي ضربه، با انجام تحليل­هاي راديوگرافي و ميكروسكوپ نوري تكميل شده­ است. نتايج نشان دادند اعمال 200 چرخه حرارتي در بازه دمايي 30- تا 65 درجه سانتيگراد باعث ايجاد ترك­هاي ريز در ماتريس شده و جذب انرژي در نمونه­ها كاهش يافته ­است. بيشترين افت استحكام فشاري به ميزان 31/12 درصد و مربوط به انرژي ضربه 20‌ ژول است. چرخه حرارتي در سطوح مختلف انرژي ضربه 10، 15 و 20 ژول با تكميل فرآيند پخت كامپوزيت­ ها باعث افزايش سفتي و استحكام باقي مانده فشاري نمونه­ هاي كامپوزيتي شده ­است. نهايتا پارمترهاي مادي مدل نيمه تجربي كاپرينو، براي تخمين استحكام باقي مانده فشاري نمونه­ هاي كامپوزيتي تحت چرخه حرارتي و ضربه كم سرعت استخراج شده است.

In this study, the residual strength of the carbon/epoxy composite plates exposed to the thermal cycles and subjected to low-velocity impact was evaluated using an experimental procedure. Composite plates with a layup of [45/02/-45/902]s and thickness of 2.9 mm under three impact energy levels of 10J, 15J, and 20J and exposed to 200 thermal cycles in the range of -30 to 65° C went under low-velocity impact and compression after impact tests. In performing impact tests, a drop weight test device was used to investigate the behavior of damaged composites, force-time, force-displacement, and energy-time curves at all test temperatures were analyzed. Finally, the effect of temperature and associated damages at different levels of impact was evaluated using radiographic analysis and optical microscopy. Applying 200 thermal cycles in the temperature range of -30 to 65 ° C caused small cracks in the matrix and reduced the energy absorption of the samples. The highest drop in compressive strength is related to the highest impact energy, 20 J, which has a 31.12% decrease in strength. The thermal cycle at different impact energy levels of 10J, 15J, and 20J has led to an increase in the stiffness and compressive strength of the composite specimens. Finally, material parameters of the semi-empirical Caprino model to estimate the residual compressive strength of the carbon/epoxy plates under low-velocity impact and thermal cycles are obtained.