استحکام کششی کامپوزیت کربن-اپوکسی تقویت شده با سیم آلیاژ حافظه‌دار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد واحد تهران جنوب، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه علوم هوایی شهید ستاری، تهران، ایران

چکیده

در کامپوزیت‌های پیشرفته، برای ارتقای خواص مکانیکی در کاربردهای مختلف از مواد هوشمند نظیر آلیاژهای حافظه‌دار استفاده شده است. در این تحقیق از خاصیت سوپرالاستیسیته‌ی آلیاژهای حافظه‌دار در ارتقای استحکام کششی کامپوزیت زمینه پلیمری تقویت شده با الیاف استفاده شده است و تأثیر درصد حجمی و ضخامت سیم آلیاژ حافظه‌دار بر کامپوزیت تقویت شده با الیاف تک جهته کربن تحت بارگذاری کششی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور نمونه‌های کامپوزیتی تقویت شده با الیاف تک جهته کربن با جایگذاری یک، سه و پنج سیم آلیاژ حافظه‌دار با ضخامت های متغیر 2/0 ، 3/0 و 4/0 میلی متر ساخته و مورد آزمایش کشش قرار گرفتند. نتایج نشان داد وقتی نمونه‌ها تحت کشش قرار می‌گیرند، بار کششی روی سیم منتقل می‌شود و با توجه به قابلیت تحمل کرنش بالا در آلیاژهای حافظه‌دار، استحکام نسبت به نمونه کامپوزیتی بدون سیم حافظه‌دار حدود 7 برابر افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Addington D.M., Schodek D.L., Smart Materials and New Technologies, Elsevier, 2005.
[2] Khalili S. M. R., Shokuhfar A., Malekzadeh K., and Ashenai Ghasemi F., Low-velocity impact response of active thin-walled hybrid composite structures embedded with SMA wires, Thin-Walled Structures 45, No. 9, pp. 799-808, 2007.
[3] Zhou Gang, and Peter Lloyd, Design, manufacture and evaluation of bending behaviour of composite beams embedded with SMA wires, Composites Science and Technology 69, No. 13 pp. 2034-2041, 2009.
[4] Tsoi Kelly A., Jan Schrooten and Rudy Stalmans, Part I. Thermomechanical characteristics of shape memory alloys, Materials Science and Engineering: A 368, No. 1, pp. 286-298, 2004.
[5] Jonnalagadda K., Kline G. E., and Sottos N. R., Local displacements and load transfer in shape memory alloy composites, Experimental Mechanics 37, No. 1, pp. 78-86, 1997.
[6] Zheng Y. J., Jan Schrooten Kelly A. Tsoi, and Rudy Stalmans, Thermal response of glass fibre/epoxy composites with embedded TiNiCu alloy wires, Materials Science and Engineering: A 335, no. 1, pp. 157-163, 2002.
[7] Vokoun D., Šittner P., and Stalmans R., Study of the effect of curing treatment in fabrication of SMA/polymer composites on deformational behavior of NiTi–5at.% Cu SMA wires." Scripta materialia 48, No. 5, pp. 623-627, 2003.
[8] Zheng Y. J., Cui L. S., and Jan Schrooten, Basic design guidelines for SMA/epoxy smart composites, Materials Science and Engineering: A 390, No. 1, pp. 139-143, 2005
[9] Ramadhan, A. A., AR Abu Talib, AS Mohd Rafie, and Zahari R., High velocity impact response of Kevlar-29/epoxy and 6061-T6 aluminum laminated panels, Materials & Design 43, pp. 307-321, 2013.
[10] Zhang Run-xin, Qing-Qing Ni, Arata Masuda, Takahiko Yamamura, and Masuharu Iwamoto, Vibration characteristics of laminated composite plates with embedded shape memory alloys, Composite structures 74, No. 4, pp. 389-398, 2006.
[11] Cantwell W. J., The mechanical properties of fibre-metal laminates based on glass fibre reinforced polypropylene, Composites Science and Technology 60, No. 7, pp. 1085-1094, 2000.
[12] Raghavan J., Trevor Bartkiewicz, Shawna Boyko, Mike Kupriyanov, N. Rajapakse, and Ben Yu., Damping, tensile, and impact properties of superelastic shape memory alloy (SMA) fiber-reinforced polymer composites, Composites Part B: Engineering 41, No. 3, pp. 214-222, 2010.
[13]  Sharifishourabi, G., Alebrahim R., Sharifi S., Ayob A., Zora Vrcelj, and M. Y. Yahya, Mechanical properties of potentially-smart carbon/epoxy composites with asymmetrically embedded shape memory wires, Materials & Design 59, pp. 486-493, 2014.
[14] Meo Michele F. Marulo M. Guida, and Russo S., Shape memory alloy hybrid composites for improved impact properties for aeronautical applications, Composite Structures 95, pp. 756-766, 2013.
[15] Zhang Run-xin, Qing-Qing Ni, Arata Masuda, Takahiko Yamamura, and Masuharu Iwamoto, Vibration characteristics of laminated composite plates with embedded shape memory alloys, Composite structures 74, No. 4, pp. 389-398, 2006.
[16] Khalili S. M. R & Sharafi M., 1392, Effect of shape memory alloy wires on energy absorption of laminatedcomposites in Tensile impact- Experimental study, کنفرانس دو سالانه بین‌المللی مکانیک جامدات تجربی, تهران, دانشگاه علم و صنعت ایران, دانشکده مهندسی مکانیک, http://www.civilica.com/Paper-WMECH02-WMECH02_161.html
[17] Yamada Yoko, Minoru Taya, and Ryuzo Watanabe, Strengthening of metal matrix composite by shape memory effect, Materials Transactions, JIM 34, No. 3, pp. 254-260, 1993.
[18]  Murasawa Go, Keiichiro Tohgo, and Hitoshi Ishii, The effect of fiber volume fraction and aspect ratio on the creation of internal stress in the matrix and deformation for short-fiber shape memory alloy composite, Smart materials and structures 15, No. 1, p33, 2005.
[19] Zhang Run-xin, Qing-Qing Ni, Toshiaki Natsuki, and Masaharu Iwamoto, Mechanical properties of composites filled with SMA particles and short fibers, Composite Structures 79, No. 1, pp. 90-96, 2007.
[20] Qing-Qing Ni., Run-xin Zhang, Toshiaki Natsuki, and Masaharu Iwamoto, Stiffness and vibration characteristics of SMA/ER3 composites with shape memory alloy short fibers, Composite structures 79, No. 4, pp. 501-507, 2007.
[21] Akbari T., and Khalili S. M. R., Numerical simulation of buckling behavior of thin walled composite shells with embedded shape memory alloy wires, Thin-Walled Structures143, 106193, 2019.
[22] Pazhanivel, K., G. B. Bhaskar, A. Elayaperumal, P. Anandan, and S. Arunachalam. Influence of Ni–Ti shape memory alloy short fibers on the flexural response of glass fiber reinforced polymeric composites, SN Applied Sciences 1, No. 7, pp. 789, 2019.
[23] Elahi, AHM Fazle, Md Milon Hossain, Shahida Afrin, and Mubarak A. Khan, Study on the Mechanical Properties of Glass Fiber Reinforced Polyester Composites, International Conference on Mechanical, Industrial and Energy Engineering, 26-27 December, Khulna, BANGLADESH, 2014.  
[24] Jagannatha T. D., and Harish G., Mechanical properties of carbon/glass fiber reinforced epoxy hybrid polymer composites, International Journal Of Mechanical Engineering and Robotics Research 4, No. 2, pp. 131-137, 2015.