علوم و فناوری نساجی و پوشاک

علوم و فناوری نساجی و پوشاک

نقش توزیع الیاف در راستای ضخامت بر پاسخ مکانیکی و گسترش آسیب کامپوزیت‌های هیبریدی شیشه/پلی‌استر تحت ضربه شبه‌استاتیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی نساجی، دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات تهران
2 دانشکده مهندسی نساجی، پوشاک و مد، واحد قائم شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، قائم شهر، ایران
3 دانشکده هنر، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران 5681188617
4 دانشکده مهندسی نساجی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی‌تکنیک تهران)، تهران، ایران
10.22034/jtst.2026.598845.1576
چکیده
کامپوزیت‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف، به‌دلیل برخورداری از استحکام و سفتی ویژه بالا، در بسیاری از سازه‌های سبک‌وزن مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ بااین‌حال، عملکرد آنها در برابر بارگذاری متمرکز خارج از صفحه به نحوه توزیع و چیدمان الیاف در راستای ضخامت وابسته است. در این پژوهش، رفتار ضربه شبه‌استاتیک کامپوزیت‌های هیبریدی شیشه/پلی‌استر با تمرکز بر اثر نحوه توزیع الیاف در ضخامت بررسی شد. برای این منظور، نمونه‌های شیشه خالص، هیبرید بین‌لایه‌ای، هیبرید درون‌لایه‌ای و سه ساختار مدرج تابعی (FGM) با الگوهای متفاوت تغییر کسر حجمی الیاف شیشه و پلی‌استر تهیه و تحت آزمون قرار گرفتند. منحنی‌های نیرو-جابجایی حاصل برای ارزیابی پارامترهای مکانیکی، مورد تحلیل قرار گرفتند و آسیب سطوح نمونه‌ها نیز پس از آزمون بررسی شد. نتایج نشان داد که تغییر آرایش الیاف، علاوه بر تغییر سختی و ظرفیت تحمل نیرو، مسیر کلی بارگذاری و نحوه افت ظرفیت سازه‌ای پس از آغاز آسیب را به‌طور محسوسی تحت تأثیر قرار می‌دهد. در میان ساختارهای بررسی‌شده، نمونه‌های FGM1 و FGM2 با حفظ نیروی بیشینه در سطح یا بالاتر از نمونه شیشه خالص، به‌ترتیب 109 و 116 ژول انرژی جذب کردند؛ درحالی‌که انرژی جذب‌شده نمونه شیشه خالص 63 ژول بود. FGM2 با دستیابی همزمان به سختی اولیه 852 نیوتن بر میلیمتر، نیروی بیشینه 8538 نیوتن، جابجایی 11٫63 میلیمتر و بالاترین انرژی جذب‌شده، متوازن‌ترین پاسخ را ارائه کرد. این نتایج نشان می‌دهد که کنترل تدریجی توزیع الیاف در ضخامت می‌تواند بدون کاهش محسوس ظرفیت بارگذاری، قابلیت تغییرشکل و جذب انرژی کامپوزیت را افزایش داده و از افت سریع ظرفیت بارگذاری پس از توسعه آسیب جلوگیری کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Role of Through-Thickness Fiber Distribution in the Mechanical Response and Damage Propagation of Glass/Polyester Hybrid Composites under Quasi-Static Impact

نویسندگان English

Mahdi Mansourzadeh 1
Pieman Valipour 2
Majid Tehrani 3
Adeleh Gholipour Lanani 1
Seyed Abolfazel Mirdehghan Ashkezari 4
1 Department of Textile Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Department of Textile Engineering, Apparel, and Fashion,, QaS.C.,Islamic Azad University. Qaem Shahr. IRAN
3 Department of Art, Shahrekord University, Shahrekord, Iran, 5681188617
4 Department of Textile Engineering, Amir Kabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Fiber-reinforced polymer composites are widely used in lightweight engineering structures due to their high specific strength and stiffness. However, their performance under concentrated out-of-plane loading is strongly dependent on the distribution and arrangement of fibers through the thickness. In this study, the quasi-static impact behavior of glass/polyester hybrid composites was investigated, with particular emphasis on the effect of fiber distribution across the thickness. For this purpose, pure glass, inter-ply, intra-ply, and three functionally graded material (FGM) configurations with different patterns of arrangement in the volume fractions of glass and polyester fibers were fabricated and experimentally tested. The resulting force-displacement curves were analyzed to evaluate the mechanical parameters, and the surface damage of the specimens was examined after testing. The results demonstrated that altering the fiber arrangement not only changes the stiffness and load-bearing capacity but also significantly affects the overall load-carrying mechanism and the manner in which structural capacity deteriorates after damage initiation. Among the investigated configurations, FGM1 and FGM2 absorbed 109 and 116 J of energy, respectively, while maintaining a maximum load at or above that of the pure glass, which absorbed 63 J. FGM2 exhibited the most balanced overall response, simultaneously achieving an initial stiffness of 852 N/mm, a peak load of 8538 N, a displacement of 11.63 mm, and the highest energy absorption. These findings demonstrate that controlling the gradual distribution of fibers through the thickness can enhance the deformation capacity and energy absorption of composite materials without a significant reduction in load-bearing capacity, while also mitigating the rapid loss of load-carrying capacity following damage propagation.

کلیدواژه‌ها English

Quasi-static impact
Inter-ply
Intra-ply
FGM
Glass fibers
Polyester fibers

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 05 مهر 1405

  • تاریخ دریافت 02 شهریور 1405
  • تاریخ بازنگری 30 شهریور 1405
  • تاریخ پذیرش 05 مهر 1405