اثر پارامترهاي آزمون برش ريلي با شكاف V بر خواص برشي داخل صفحه‌اي كامپوزيت‌هاي شيشه-اپوكسي

Effect of V-Notched Rail Shear Test Parameters on In-Plane Shear Properties of Glass/Epoxy Composites

از آنجا كه شناسايي خواص برشي داخل صفحه ­اي، براي طراحي ساختارهاي كامپوزيتي ضروري است. روش ­هاي متعددي براي انجام آزمون برش روي مواد كامپوزيتي ارايه شده است. برش ريلي نمونه­ داراي شكاف Vشكل، جديدترين آزموني است كه براي برش مواد كامپوزيتي ارايه و در سال 2005 به عنوان استاندارد معرفي شده است. در اين پژوهش، با مدل­ سازي عددي اين آزمون در نرم ­افزار اجزاي محدود، ضمن بررسي وضعيت نمونه تحت آزمون استاندارد، اثر چند مورد از خطاهاي معمول حين آزمون، مانند عدم هم­ محوري، تغيير در شرايط مرزي نمونه در اثر لغزش صفحه ­هاي نگه ­دارنده و نيز انحراف در زاويه الياف بررسي شده است. بر­اساس نتايج به­ دست آمده، لغزش صفحه­ هاي نگه ­دارنده نسبت به نمونه و در نتيجه بارگذاري لبه­ اي نمونه، در مقايسه با ساير خطاهاي بررسي شده، بيشترين اثرگذاري را روي نتايج دارند. افزون بر اين، خطا در راستاي قرارگيري الياف نيز از مسايل مهمي است كه بايد حين توليد نمونه ­ها مورد توجه قرار گيرد. انحراف خط سنجش نمونه از محور بارگذاري، كمترين مقدار اثرگذاري را نسبت به ساير خطاهاي بررسي شده، روي نتايج دارد. هرچند اين خطاها مي­ توانند روي نتايج اثرگذار باشند، اما بررسي ­ها نشان داد، اثرگذاري آن­ ها قابل توجه نيست. در نهايت، خواص برشي داخل صفحه ­اي نمونه­ هايي از جنس شيشه-اپوكسي به­ كمك آزمون استخراج شد. مدول برشي نمونه­ داراي شكاف Vشكل تقريباً با مدول برشي به ­دست آمده از آزمون سه­ ريلي يكسان است، ولي استحكام برشي حدوداً %36 افزايش نسبت به روش سه­ ريلي را نشان مي­ دهد.

Since characterization of in-plane shear properties of composite materials is necessary for designing composite structures, there are many methods for shear testing of composite materials. V-notched rail (VNR) shear test method is the latest method published as ASTM D7078 in 2005. Strain and stress states of VNR specimens were investigated numerically by adopting a commercial finite element software. The effect of measurement errors on the results was also analyzed. Although, the experimental programs were implemented based on standard considerations, the possibility of some errors was unavoidable. The sources of errors originated from misalignment of the specimen with respect to the loading axis, application of end loading instead of face loading and fiber misalignment. According to the obtained results, slipping of the specimen within the fixture grip plates had the most important effect on the results in comparison to two other error sources. In addition, fiber misalignment was another important source of erroneous results which needed to be considered during testing. Misalignment of the specimen with respect to loading axis showed the least effect on the shear properties of the specimens compared to others. Some other errors also affected the stress state of the specimen. However, our investigations showed that their effect on the shear properties was negligible. Finally, glass/epoxy specimens were evaluated experimentally by V-notched rail shear test method. Shear modulus of the V-notched specimens was almost equal with the modulus of three rail specimens. However, the shear strength measured by the V-notched rail shear test method was approximately 36% higher than that measured by the three rail test method.