فهرست مطالب

  • سال ششم شماره 4 (پیاپی 22، زمستان 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/12/01
  • تعداد عناوین: 16
|
  • رضا اسلامی فارسانی*، حامد آقامحمدی، سیدنوید حسینی آب بندانک، سیدمحمدحسین سیادتی صفحات 495-502

    کامپوزیت های الیاف/ فلز گروه جدیدی از مواد کامپوزیتی هیبریدی هستند که از ورق های فلزی و لایه های پلیمری تقویت شده با الیاف تشکیل شده اند. استفاده از کامپوزیت های الیاف/ فلز موجب بهره وری از ترکیب مزایای فلزات و کامپوزیت های پلیمری می شود. به منظور بهبود چسبندگی بین لایه های فلزی و کامپوزیتی، از روش های مختلف آماده سازی سطحی بر روی سطح فلز استفاده می شود. در این تحقیق، کامپوزیت های آلومینیوم/ اپوکسی- الیاف بازالت با روش لایه گذاری دستی ساخته شد و اثر روش های مختلف آماده سازی سطحی مکانیکی و شیمیایی (شامل فرآیند قلیایی و حکاکی با محلول سولفوکرومیک) بر خواص خمشی آن ها با استفاده از آزمون خمش سه نقطه ای مورد بررسی قرار گرفت. از میکروسکوپ الکترونی روبشی به منظور بررسی مورفولوژی سطحی آلومینیوم استفاده شد. نتایج نشان داد که استفاده از روش آماده سازی حکاکی با محلول سولفوکرومیک موجب بهبود قابل توجهی در مقادیر استحکام خمشی، کرنش شکست و انرژی جذب شده در مقایسه با روش های مکانیکی و قلیایی می شود. تفاوت در رفتار خمشی نمونه ها مرتبط با مورفولوژی سطحی لایه آلومینیوم آن ها می باشد. مشاهدات میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان دهنده این است که روش آماده سازی حکاکی با محلول سولفوکرومیک موجب ایجاد یک ساختار متخلخل بر روی سطح آلومینیوم می شود. این لایه متخلخل با ایجاد مکان هایی برای پر شدن توسط رزین اپوکسی، چسبندگی بهتر و قفل مکانیکی قوی تر بین لایه ها را به همراه دارد.

    کلیدواژگان: کامپوزیت الیاف، فلز، الیاف بازالت، عملیات سطحی، خواص خمشی
  • محمدامین محمدی، محمدرضا باب الحوایجی، رضا اسلامی فارسانی*، محمدرضا زمانی صفحات 503-510

    وقوع آسیب امری اجتناب ناپذیر در کامپوزیت های زمینه پلیمری است. آسیب ها در این کامپوزیت ها به صورت تورق، ترک های سطحی، ترک ها در پلیمر و غیره می باشند. سیستم های خودترمیم با جلوگیری از رشد آسیب ها موجب افزایش عمر کاری سازه می شوند. در تحقیق حاضر، کامپوزیت پلیمری خودترمیم شونده اپوکسی-الیاف شیشه حاوی میکروکانال های آوندی ساخته شده و تعمیر سازه با انتقال مواد ترمیمی انجام شده است. نمونه ها با روش لایه گذاری دستی و کانال های میکروآوندی از طریق پیش شکل های جامد ساخته شدند. عامل مهم برای ترمیم موثر این سازه ها پس از ایجاد آسیب، سیالیت بالا و امتزاج پذیری مناسب در محل آسیب می باشد، لذا از سیستم رزین و هاردنر انیدریدی در این تحقیق به عنوان عامل ترمیم کننده استفاده شد که سیالیت بالاتری را نسبت به رزین و هاردنرهای آمینی دارند. هدف از پژوهش حاضر بررسی زمان مطلوب ترمیم جهت بدست آوردن راندمان ترمیم بهینه سیستم است. بدین منظور کانال های میکروآوندی با درصد حجمی ثابت (%4) در ساختار کامپوزیت تعبیه شدند. خواص خمشی و کششی نمونه ها با گذشت زمان های مختلف (صفر، 4، 7 و 11 روز) پس از ایجاد آسیب اولیه مورد بررسی قرار گرفتند. پس از شکست و ایجاد عیب در ساختار، مواد ترمیمی موجود در میکروکانال ها به محل ترک جریان یافته و با گذشت زمان، عملیات پلیمریزاسیون و ترمیم مجدد سازه تکمیل شدند. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار بازیابی استحکام خمشی و کششی به ترتیب به میزان 59.07 درصد و 68.05 درصد برای نمونه ترمیم شده با گذشت 7 روز پس از ایجاد آسیب اولیه حاصل می شود.

    کلیدواژگان: کامپوزیت پلیمری، خودترمیمی، کانال های میکروآوندی، استحکام خمشی، استحکام کششی
  • مجید صفرآبادی*، احسان حیاتی، مهدی مقیمی زند صفحات 511-524
    در این مطالعه، اثر تقویت مکانیکی آهار الیاف شیشه بر روی خواص مکانیکی عرضی کامپوزیت شیشه/اپوکسی، به جهت تاثیر زیاد این ناحیه بر روی خواص مکانیکی کلی کامپوزیت های تقویت شده با الیاف، بررسی شده است. برای پیش بینی مدول الاستیسیته و استحکام کششی عرضی کامپوزیت شیشه/اپوکسی، به ترتیب یک المان حجمی نماینده و یک مدل سه بعدی پوسته در نرم افزار تجاری آباکوس شبیه سازی شده اند. خواص مکانیکی آهار به صورت ناهمگن و غیریکنواخت در طول ضخامت آن در نظر گرفته شده است. علاوه بر این، تقویت آهار با استفاده از یک روش توزیع تصادفی و استفاده از نانولوله های کربنی انجام گرفته است. در این شبیه سازی، طول، قطر و کسر حجمی های مختلف برای نانولوله های کربنی در تقویت آهار در نظر گرفته شده است و سپس نتایج مقایسه شده اند. مقایسه نتایج به دست آمده از شبیه سازی و داده های تجربی موجود، نشان می دهد که شبیه سازی آهار با خواص مکانیکی غیریکنواخت نسبت به آهار با خواص مکانیکی ثابت، نتایج دقیق تری را ارایه می دهد. همچنین، نشان داده شده است که افزایش طول نانولوله های کربنی و یا کاهش قطر آن ها، که در آهار توزیع شده اند، باعث بهبود مدول الاستیسیته و استحکام کششی عرضی کامپوزیت شیشه/اپوکسی می شود.
    کلیدواژگان: تحلیل المان محدود، آهار، فاز مشترک، مدول الاستیسیته عرضی، استحکام کششی عرضی
  • ارسلان باقری تیرتاش، عباس منتظری هدش، رضا اسلامی فارسانی*، علیرضا شهرابی فراهانی صفحات 525-532

    در این تحقیق، تاثیر افزودن نانوذرات خاک رس بر رفتار مکانیکی کامپوزیت های زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف بازالت تحت بارگذاری خمشی بررسی شد. برای بهبود توزیع این نانوذرات درون زمینه کامپوزیت، سطح آنها توسط عامل کوپلینگ تری گلیسیداکسی پروپیل تری متوکسی سیلان اصلاح سطحی شد و روند انجام این فرآیند با استفاده از آزمون طیف سنجی مادون قرمز مورد تایید قرار گرفت. نتایج بدست آمده از آزمون خمش سه نقطه ای نشان داد که بیشترین افزایش در خواص خمشی به ازای توزیع 5 درصد وزنی نانورس درون زمینه پلیمری کامپوزیت بدست می آید. در این درصد وزنی نانورس، استحکام خمشی، مدول خمشی، کرنش شکست و انرژی جذب شده به ترتیب به میزان 30، 38، 15 و 40 درصد افزایش یافت. بررسی های ریزساختاری نشان داد که افزودن نانورس اصلاح سطحی شده منجر به بهبود انتقال تنش بین الیاف بازالت و زمینه پلیمری می گردد که این امر، تاثیر قابل توجهی بر بهبود عملکرد مکانیکی کامپوزیت های زمینه پلیمری تقویت شده با الیاف بازالت تحت بارگذاری خمشی دارد.

    کلیدواژگان: کامپوزیت هیبریدی، الیاف بازالت، نانوذرات خاک رس، اصلاح سطحی، عملکرد خمشی
  • منصور باوفا بیگدیلو، رضا اسلامی فارسانی*، حسین ابراهیم نژاد خالجیری صفحات 533-540

    در این تحقیق، تاثیر افزودن نانولوله کربنی چند جداره بر رفتار ضربه سرعت بالای کامپوزیت های زمینه اپوکسی تقویت شده با الیاف کولار و الیاف پلی اتیلن با وزن مولکولی بالا با چیدمان لایه لایه بررسی شد. در ابتدا، نمونه های کامپوزیتی هیبریدی در درصدهای وزنی 1/0، 3/0، 5/0 و 9/0 از نانولوله کربنی به روش لایه گذاری دستی در دمای 200 درجه سانتیگراد و زمان 50 دقیقه ساخته شدند. سپس آزمایش ضربه سرعت بالا با پرتابه نوک تیز با سرعت m/s 84 بر روی کامپوزیت های هیبریدی انجام پذیرفت. همچنین برای بررسی مکانیزم شکست نانو کامپوزیت های هیبریدی از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) استفاده شد. نتایج بدست آمده نشان داد جذب انرژی برای نمونه حاوی 1/0 درصد وزنی نانولوله کربنی نسبت به نمونه بدون نانو به میزان 56/13 درصد افزایش یافته است. توزیع مناسب نانو لوله کربنی و انتقال تنش بین الیاف و زمینه، باعث افزایش لایه لایه شدگی و جذب انرژی بیشتر شده است. همچنین نتایج میکروسکوپی نشان داد در 1/0 درصد وزنی نانولوله کربنی با ایجاد پدیده پل زنی ترک و بیرون کشیدگی نانولوله، جذب انرژی در کامپوزیت هیبریدی افزایش یافته است.

    کلیدواژگان: نانو لوله کربنی چند جداره، الیاف کولار، الیاف پلی اتیلن، ضربه سرعت بالا
  • رضا اسلامی فارسانی*، فردین اصغری آرپاتپه، مهدی عبدالهی آذغان صفحات 541-548
    در این پژوهش، تاثیر لایه چینی الیاف و سیکل سرمایش بر رفتار خمشی کامپوزیت های لایه ای الیاف- فلز (FML) حاوی الیاف شیشه و بازالت مورد بررسی قرار گرفت. نمونه های FML متشکل از دو ورق آلومینیوم 2024-T3 و لایه ی میانی کامپوزیت زمینه اپوکسی با 4 لایه الیاف بازالت و شیشه در 5 حالت لایه چینی مختلف به روش لایه گذاری دستی ساخته شدند. به منظور افزایش چسبندگی بین آلومینیوم و کامپوزیت پلیمری، اصلاح سطحی آلومینیوم با روش الکتروشیمیایی (آندایز) صورت گرفت. هر سیکل دمایی در مدت زمان 3.5 دقیقه بین دمای°C 25 و -100 انجام شد. خواص خمشی نمونه ها بعد از 40 سیکل سرمایش مورد ارزیابی قرار گرفت و با نمونه های بدون سیکل مقایسه شدند. به منظور مشخصه یابی مکانیزم شکست از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و نوری استفاده شد. با توجه به نتایج، در نمونه های بدون سیکل دمایی، بیشترین و کمترین استحکام و مدول خمشی به ترتیب مربوط به کامپوزیت FML حاوی الیاف بازالت و حاوی الیاف شیشه (به علت خواص مکانیکی پایین تر الیاف شیشه نسبت به الیاف بازالت) بود. بعد از انجام سیکل سرمایش، بیشترین تغییرات استحکام و مدول خمشی به ترتیب با 6 و 4.9 درصد افزایش مربوط به نمونه حاوی الیاف بازالت و کم ترین آنها با 2.5 و 1.6 درصد مربوط به نمونه حاوی الیاف شیشه می باشد. علت افزایش خواص خمشی، غلبه مکانیزم تنش فشاری (که باعث بهبود چسبندگی بین اجزای کامپوزیت می شود) بر جدایش بین اجزای کامپوزیت است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت لایه ای الیاف- فلز، سیکل سرمایش، الیاف بازالت، لایه چینی الیاف، خواص خمشی
  • رضا اسلامی فارسانی*، حسین ابراهیم نژاد خالجیری صفحات 549-570

    یکی از بزرگ ترین مشکلات قطعات کامپوزیتی در حین کار، ایجاد و رشد میکروترک در آن ها می باشد. رشد این میکروترک ها و به هم پیوستن آن ها می تواند باعث شکست فاجعه بار سازه کامپوزیتی شود. برای حل این مشکل، محققان به خصوص در طی سال های گذشته تلاش بسیاری کرده اند تا با ساخت مواد خودترمیم شونده، ترک های ایجاد شده را ترمیم کنند و مانع شکست کل قطعه شوند. ماده خودترمیم شونده، ماده ای است که باعث ترمیم میکروترک به صورت خودبه خودی و بدون هیچ گونه دخالت خارجی می شود. براساس روش های خودترمیمی، این مواد هوشمند به دو دسته ی بزرگ ذاتی و غیرذاتی تقسیم بندی می شوند. در سیستم ترمیم شوندگی ذاتی، ترمیم به صورت واکنش های فیزیکی، شیمیایی و ابرمولکولی انجام می شود. در مقابل در سیستم غیرذاتی، عامل ترمیمی در داخل محفظه ای نظیر الیاف توخالی، شبکه میکروآوندی و میکروکپسول ذخیره می شود. تحقیق حاضر سعی دارد تا پیشرفت های اخیر در زمینه انواع سیستم های ترمیم غیرذاتی را با تاکید بر بکارگیری آن ها در کامپوزیت های زمینه پلیمری به خصوص در طی سال های 2009 تاکنون مورد بررسی قرار دهد. در این راستا و در این کار مروری، ضرورت ترمیم کامپوزیت، مفهوم خودترمیم شوندگی، انواع روش های ترمیم غیرذاتی، ارزیابی عملکرد ترمیم در آزمون های مکانیکی مختلف، و همچنین گزارش های آماری و سیر تکاملی مرتبط با خودترمیم شوندگی ارایه شده اند.

    کلیدواژگان: مواد خودترمیم شونده، کامپوزیت زمینه پلیمری، بازیابی خواص مکانیکی، ترمیم غیرذاتی
  • بابک عبازاده*، فرزین عظیم پور شیشوان صفحات 571-580
    در این مقاله عکس العمل ضربه با سرعت کم کامپوزیت های بافتی تقویت شده با الیاف کربن و ماتریس اپوکسی به صورت تجربی بررسی شده است. صفحات کامپوزیت پس از ساخت تحت تست ضربه با سرعت کم در مقادیر انرژی 30،20، 50، 60 و 80 ژول قرار گرفته و انرژی آستانه نفوذ و سوراخ شدگی با استفاده از روش پروفایل انرژی مشخص و رفتار کامپوزیت های ساخته شده در مواجهه با بارهای ضربه ای، با ترسیم نمودار های نیروی تماس-خیز، نیروی تماس-زمان، خیز-زمان وانرژی-زمان مطالعه گردیده است. نهایتا اثرات تغییر انرژی بر مقادیر بیشینه نیروی تماس، انرژی جذب شده و خیز نیز بررسی شده است. نتایج نشان دهنده روندهای مختلف افزایش نیروی تماس، انرژی جذب شده و خیز با افزایش انرژی ضربه می باشد، بطوریکه با افزایش انرژی ضربه تا حدود 60 ژول (آستانه سوراخ شدگی)، انرژی جذب شده روند صعودی داشته و سپس کاهش می یابد درحالیکه مقدار نیروی تماس پس از این مقدار ثابت بوده و مقدار خیز با افزایش انرژی ضربه روند صعودی خود را حفظ می کند.
    کلیدواژگان: ضربه با سرعت کم، کامپوزیت بافتی، الیاف کربن، ماتریس اپوکسی
  • داود رحمت آبادی، علی شاهمیرزالو، مسلم طیبی، محمدرضا فراهانی، رامین هاشمی* صفحات 581-590

    در این مقاله، برای اولین بار مدول یانگ، ضریب ناهسانگردی و پارامترهای الاستیک و پلاستیک کامپوزیت های سه لایه آلومینیوم-برنج-آلومینیوم تولیدشده با فرآیند اتصال نوردی با استفاده از روش همبستگی تصاویر دیجیتال ارزیابی شده است. همبستگی تصاویر دیجیتال یک روش نسبتا جدید است که برای اندازه گیری میدان کرنش و تعیین پارامترهای مختلف مختلف مانند ناهسانگردی و مدول یانگ برای مواد و آلیاژهای زیادی آزموده شده است. ساختار، خواص مکانیکی، پارامترهای الاستیک و پلاستیک، کامپوزیت های سه لایه آلومینیوم/برنج/آلومینیوم تولید شده با روش اتصال سرد نوردی با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسختی و آزمون کشش همراه با ستاپ دوبعدی روش همبستگی تصاویر دیجیتال تعیین شد. با استفاده از کرنش طولی و عرضی بدست آمده از روش همبستگی تصاویر دیجیتال و روابط پلاستیسیته، کرنش در راستای ضخامت، ضریب ناهمسانگردی و سایر پارامترهای الاستیک و پلاستیک محاسبه شد. نتایج نشان داد که به دلیل کارسختی ناشی از افزایش چگالی نابه جایی در حین نورد خواص مکانیکی نسبت به نمونه های اولیه بهبود یافت به طوری که استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی کامپوزیت، نسبت به آلومینیوم اولیه بیش از پنج برابر و میکروسختی هر دولایه آلومیینوم و برنج بیش از دو برابر افزایش یافت. مقدار مدول الاستیسیته محاسبه شده با استفاده از روش همبستگی تصاویر دیجیتال 77.8GPa بدست آمد که نسبت به مقادیر بدست آمده از روابط تیوری بر اساس حجم مواد تشکیل دهنده دارای اختلاف اندک است. همچنین مقدار ضریب ناهمسانگردی در حین آزمون کشش، پس از نوسان اولیه تا نقطه گلویی، افزایش و سپس روند کاهشی به خود گرفت و کمی قبل از شکست ثابت شد.

    کلیدواژگان: فرآیند اتصال نوردی، روش همبستگی تصاویر دیجیتال، پارامترهای الاستیک و پلاستیک، ضریب ناهمسانگردی
  • مرتضی مرادی، میرسعید صفی زاده* صفحات 591-600

    در سازه های مهم و حساسی مانند هواپیما، کشتی و خطوط انتقال گاز تعویض قطعات آسیب دیده امری پرهزینه و زمان بر است. در نتیجه، ترمیم سازه معیوب، یک روند قابل قبول می باشد. به منظور ترمیم سازه های آسیب دیده در صنایع مختلف و به ویژه صنعت هوافضا، از وصله های کامپوزیتی استفاده می شود. ارزیابی سازه ترمیم شده برای اطمینان از بازسازی، موضوعی چالش برانگیز است. تکنیک دمانگاری یکی از قدرتمندترین روش های آزمون غیرمخرب است که برای ارزیابی سازه های ترمیم شده استفاده می شود. در مطالعه حاضر، عیوب نوع جدایش بین سازه مادر آلومینیومی و وصله کربن/اپوکسی 4 لایه با لایه چینی [04] به وسیله روش دمانگاری گامی ارزیابی شده است. عیوب نزدیک لبه وصله قرار گرفته اند چرا که در عمل، شروع جدایش در یک سازه ترمیم شده از لبه ها محتمل تر است. علاوه براین، به دلیل اثرات لبه، شناسایی عیوب لبه نسبت به عیوب میانی دشوارتر می باشد. نتایج آزمون دمانگاری گامی با استفاده از روش دمانگاری فاز پالسی پردازش شده است. همچنین شبیه سازی روند آزمون دمانگاری به وسیله مدل سازی اجزا محدود انجام شده است. در نهایت، نتایج تجربی و شبیه سازی اجزا محدود مقایسه شده اند و دقت خوبی در دمانگاری گامی و الگوریتم دمانگاری فاز پالسی بدست آمده است.

    کلیدواژگان: وصله های کامپوزیتی، دمانگاری، جدایش، مدل سازی اجزا محدود، دمانگاری فاز پالسی
  • محمد امینی*، شیرین کلانتری، علیرضا خاوندی صفحات 601-608
    علیرغم تحقیقات پیشین درزمینه رفتار خوردگی کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه، هنوز بررسی ارتباط مابین میزان تخریب فصل مشترک رزین/الیاف و خواص مکانیکی آن ها امری ضروری است. در این پژوهش، تحقیقاتی تجربی به منظور ارزیابی این موضوع انجام می شود. بدین منظور، نمونه های پلی استر/شیشه در هیدروکلریک اسید 10 درصد وزنی با سه دمای مختلف 25 °C، 50 °C و 70 °C غوطه ور می شوند و تغییرات در خواص مکانیکی نمونه ها و تغییرات ظاهری محلول در بازه های زمانی یک تا چهار هفته ای موردبررسی قرار می گیرند. نتایج نشان داد که استحکام کششی نهایی و مدول یانگ نمونه های کامپوزیتی، زمانی که در محلول با دمای بالاتر و یا زمان غوطه وری بیشتر قرار می گیرد کاهش می یابد. بعلاوه، ایجاد ترک ناشی از خوردگی در فصل مشترک رزین/الیاف به کمک عکس های میکروسکوپ الکترونی عبوری نشان داده شد و تخریب رزین پلی استر با مشاهده ی افزایش ترک های سطحی و تغییر در رنگ محلول مورد تایید قرار گرفت. همچنین، بازرسی چشمی سطوح شکست نمونه بعد از آزمون کشش نشان داد که شکست رخ داده از نوع DGM می باشد. درنهایت آنالیز طیف سنجی جذب اتمی (AAS) به منظور اثبات وقوع سازوکار تبادل یونی انجام پذیرفت. نتایج حاصل از این پژوهش حاکی از رخداد سازوکار های خوردگی در ناحیه فصل مشترک نمونه های کامپوزیتی است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت پلیمری، سازوکار خوردگی، فصل مشترک، خواص مکانیکی
  • عباسعلی سبکتکین*، مهران شه روز صفحات 609-614
    در این پژوهش به توسعه یک مدل سلول واحد جهت تعیین خواص مکانیکی و بررسی آسیب پیشرونده درکامپوزیت های تاری و پودی به روش اجزاء محدود پرداخته شده است. همچنین بمنظور تعریف هندسه مدل از اندازه گیری های واقعی و دقیق الیاف پارچه و سطح مقطع آن به کمک عکسبرداری میکروسکوپی استفاده گردیده است. در مرحله اول سلول واحد با نرم افزار کتیا در مقیاس مزو ایجاد شده و به نرم افزار آباکوس فراخوانی می-گردد. در این مدل خواص مکانیکی الیاف از نوع رفتار همسانگرد عرضی و برای رزین رفتار همسانگرد در نظر گرفته شده و جهت محاسبه ضرایب مکانیکی کلی کامپوزیت، از روش همگن سازی بر اساس کرنش یکنواخت استفاده شده است. در ادامه برای اعمال رفتار آسیب و پیش بینی استحکام کششی کامپوزیت تاری و پودی، از یک زیربرنامه (USDFLD) برای کدنویسی استفاده گردید. در این مدل برای پیش بینی شروع آسیب معیار تخریب هاشین سه بعدی و برای پیشروی آسیب، تیوری کاهش آنی خواص ماده به کاربرده شد. تطابق مناسب نتایج تیوری مورد استفاده در این تحقیق با داده های آزمایشگاهی، توانمندی مدل و سابروتین ارایه شده در این تحقیق را نشان میدهد.
    کلیدواژگان: کامپوزیت تاری و پودی، تحلیل اجزاء محدود، آسیب پیشرونده، آزمون کشش
  • رضا آذرافزا*، علی داور، جواد فرجی شعاع صفحات 615-626
    پانل ساندویچی با هسته مشبک کامپوزیتی، پانلی متشکل از یک هسته با ساختار مشبک کامپوزیتی از نوع کاگوم، به همراه دو صفحه فوقانی و تحتانی در دو طرف این هسته میباشد. این سازه ها می توانند جایگزین سازه های تقویت شده با استرینگر، پانل های ساندویچی با هسته لانه زنبوری و سازه های مشبک آلومینیومی گردند.در این پژوهش، با انجام تستهای تجربی و با کمک نرمافزار آباکوس، به بررسی تجربی و عددی ضربه سرعت پایین در پانل ساندویچی با هسته مشبک پرداخته شده است. برای انجام تست ضربه سرعت پایین، دو پانل ساندویچی با هسته مشبک ساخته شده و تحت بارگذاری سقوط آزاد ضربه زننده با نوک نیم کروی قرار گرفته اند. برای شبیهسازی عددی، از انواع المانهای سه بعدی و حل آسیب پیشرونده به کمک زیر-برنامه نویسی با زبان فرترن در نرمافزار، کمک گرفته شده است. مقایسه بین نتایج عددی و تجربی نشان می دهد که روش المان محدود، روشی کارآمد جهت کاهش زمان و هزینه برای پیش-گویی رفتار این نوع سازه ها در مقابل بارهای ضربهای است. در بارگذاری ضربه، آنچه که موجب جذب انرژی در سازه میشود، آسیب دیدن بخشی از سازه است که در مقابل ضربه زننده قرار دارد. بسته به میزان انرژی وارده، این آسیب دیدگی میتواند شامل صفحه فوقانی یک پانل ساندویچی و یا ریب های درون هسته آن باشد و صلبیت بیشتر محل برخورد ضربه زننده، موجب کاهش سطح آسیب قابل مشاهده در سازه شده است. همچنین در اثر ضربه روی نقاطی مانند محل تقاطع ریبها که نسبت به فضای بین ریبها، از سفتی بیشتری برخورداراند، مدت زمان برخورد کاهش و حداکثر نیروی تماس افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: پانل ساندویچی، هسته مشبک، ضربه سرعت پایین، آسیب پیشرونده، زیر برنامه نویسی VUMAT
  • محمد راوندی*، محمد نوریان صفحات 627-636
    در دهه های اخیر، نظر به اهمیت کاهش هزینه ها، افزایش بهره وری و بقا در رقابت فزاینده صنایع مختلف، و همچنین به دلیل وجود منابع عدم قطعیت متعدد، توجه به تحلیل قابلیت اطمینان در رشته های مختلف رشد چشمگیری داشته است. با توجه به مزیت های فراوان استفاده از سازه های کامپوزتی در صنایع مختلف و رشد روزافزون بکارگیری آن، توجه به مسیله قابلیت اطمینان در سازه های کامپوزیتی از اهمیت بسزایی برخوردار می باشد. برای تحلیل قابلیت اطمینان سازه ها، روش های مختلفی از جمله روش شبیه سازی مستقیم مونت کارلو ارایه شده است که به دلیل هزینه محاسباتی بسیار بالا، استفاده از آن فقط برای مسایل ساده امکان پذیر می باشد. در مقاله حاضر، برای تحلیل قابلیت اطمینان یک سازه ی کامپوزیتی با وجود منابع عدم قطعیت گسترده در پارامترهای ورودی مانند خواص مکانیکی، خواص هندسی، استحکام و بارگذاری، روش توسعه یافته ای مبنی بر روش بسط چند جمله ای های آشوب ارایه شده است که نسبت به روش های قدیمی از جمله مونت کارلو، از هزینه محاسباتی بسیار پایینی برخوردار بوده و دارای دقت بالایی می باشد. در نهایت با انجام یک مثال عددی در دو مرحله با افزایش پارامترهای ورودی غیر قطعی کارایی این روش در تحلیل مسایل با منابع عدم قطعیت گسترده از لحاظ تعداد پارامترها نشان داده شده و با بررسی نتایج حاصله با روش مونت کارلو، مزیت این روش از نظر دقت و سرعت محاسباتی مورد ارزیابی قرار گرفته است.
    کلیدواژگان: سازه های کامپوزیتی- تحلیل قابلیت اطمینان، بسط چند جمله ای آشوب، ترتیب پراکندگی شبکه ای، تحلیل عدم قطعیت
  • سهیل هاشمی، علی اصغر جعفری* صفحات 637-648

    در تحقیق حاضر، تحلیل ارتعاش آزاد غیرخطی ورق مستطیلی از جنس مواد مدرج تابعی با استفاده از نظریه تغییر شکل برشی مرتبه اول برای اولین بار مورد بررسی واقع شده است. برای این منظور ابتدا با استفاده از اصل هامیلتون، معادلات دیفرانسیل جزیی حرکت براساس تیوری تغییر شکل برشی مرتبه اول و با درنظرگرفتن روابط کرنش جابجایی غیرخطی ون کارمن استخراج شده اند. پس از آن با اعمال روش گالرکین، معادلات دیفرانسیل جزیی غیرخطی حرکت به معادلات دیفرانسیل معمولی غیرخطی تبدیل می شوند. سپس با استفاده از روش لیندشتد پوانکاره بهبودیافته، معادله غیرخطی حرکت عرضی ورق مدرج تابعی بصورت تحلیلی حل گشته و فرکانس های غیرخطی استخراج می شوند. خواص مواد مدرج تابعی ورق به صورت تابع توانی و پیوسته در راستای ضخامت فرض گردیده است. در نهایت، اثرات برخی پارامتر های کلیدی سیستم همچون دامنه ارتعاش بدون بعد، توان کسرحجمی ماده تابعی و همچنین نسبت ابعاد ورق روی نسبت فرکانس طبیعی غیرخطی به فرکانس طبیعی خطی مورد بحث قرار گرفته است. برای تایید و صحت فرمولاسیون مساله، نتایج این مطالعه با نتایج مقالات منتشر شده قبلی و همچنین راه حل عددی مقایسه گشته و تطابق خوبی دیده شده است.

    کلیدواژگان: ارتعاشات غیرخطی، ورق مستطیلی، مواد مدرج تابعی، تیوری تغییرشکل برشی مرتبه اول، روش لیندشتد پوانکاره بهبودیافته
  • محمد ملازاده، رضا ارغوانیان* صفحات 649-656
    پلی تترا فلورو اتیلن (تفلون) به دلیل خواص منحصر به فرد کاربرد بسیار زیادی بعنوان زمینه در کامپوزیتهای زمینه پلیمری دارد. در این تحقیق به تاثیر افزودن ذرات زیرکونیا بر نرخ سایش و ضریب اصطکاک تفلون خالص پرداخته شده است. برای این منظور نمونه های کامپوزیتی با افزودن 5 الی 30 wt.% زیرکونیا به زمینه تفلون دارای 10 wt.% گرافیت ساخته شد. ساخت نمونه ها به روش پرس سرد و پخت با استفاده از استاندارد 4745 وASTM D4894 صورت پذیرفت. برای بررسی مقاومت به سایش نمونه ها آزمایش پین روی دیسک چرخان مطابق استاندارد ASTM G99 انجام شد. در نهایت سختی نمونه ها با استفاده از استاندارد ASTM D2240 (Shore D) بدست آمد. برای بررسی توزیع ذرات فاز ثانوی و همچنین بررسی محل ساییده شده پس از تست سایش از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شد. کمترین نرخ سایش و ضریب اصطکاک به همراه بیشترین سختی در نمونه دارای 20wt.% زیرکونیا حاصل گردید. این نمونه تقریبا 3 برابر نرخ سایش کمتر و 12% سختی بیشتر نسبت به تفلون خالص نشان داد. این بهبود خواص در نتیجه ارتقاء توان حمل بار در نمونه های کامپوزیتی به دلیل وجود ذرات زیرکونیا در زمینه پلیمری حاصل شده است.
    کلیدواژگان: کامپوزیت های زمینه پلیمری، پلی تترا فلورواتیلن، زیرکونیا، مقاومت به سایش
|
  • Hamed Aghamohammadi, S. Navid Hosseini Abbandanak, S. M. Hossein Siadati Pages 495-502

    Fiber metal laminates (FMLs) are a new group of composite materials that consist of alternating thin laminates of metals and fiber reinforced polymeric composites. FMLs combine the advantages of metals and polymeric composites. In order to enhance the interfacial bonding between the alternating laminates, various surface treatment methods can be used on the metal surfaces. In this research, FMLs of alternating laminates of aluminum/epoxy-basalt fibers were fabricated using hand lay-up method. The effect of various surface treatment methods of mechanical and chemical (consist of alkaline and sulfochromic etching) on the flexural properties of the fabricated FMLs were investigated with three-point bend tests. SEM were utilized to investigate surface morphology of aluminum. Results showed that the sulfochromic etch method brought about a significant improvement in the flexural strength, strain to failure and absorbed energy in comparison to the mechanical and alkaline methods. Difference in flexural behavior of samples is attributed to their aluminum surface morphology. SEM observations showed that sulfochromic etch method created a porous layer on the aluminum surfaces. This porous layer provided channels for the epoxy resin to fill in, creating better adhesion and a much stronger mechanical interlocking between the laminates.

    Keywords: Fiber metal laminates, Basalt fibers, Surface treatment, Flexural properties
  • M. A. Mohammadi, Mohammadreza Babollhavaejie, MohammadReza Zamani Pages 503-510

    The occurrence of damage is an unavoidable fact in polymer composites. Damage modes in polymer composites are delamination, surface cracking, polymer cracking, etc. The presence of self-healing could extend the service life time of structure via preventing of damage growth. In this study, a self-healing E-glass fibers/epoxy composite based on micro-vascular channels has been fabricated and focused on the repair of the structure through the delivery of self-healing agents. The specimens were fabricated by hand lay-up route, while the fabrication of microvascular channels was conducted through creating solid preforms and then removing them. Since an important factor for effective healing of this structures after damage creation is high fluidity and suitable miscibility in the damage area, so anhydride resin-hardener system was used because of the higher fluidity in comparison to the amine resin-hardener. The aim of this study is to investigate the role of healing time for achieve of system optimum healing efficiency. To do so, microvascular channels with a constant volume fraction (4%) were incorporated in the composites. The flexural and tensile behavior of the specimens were assessed during the different times (0, 4, 7 and 11 days) from the primary damage creation. After damage creation and break, healing agents present in the microvascular channels flowed in the damage area and over a time span local polymerization and restoring of structure were completed. The results showed that, the highest flexural and tensile strength recovery was obtained 59.07% and 68.05% for the specimen after 7 days from initial damage creation.

    Keywords: Polymer composite, Self-healing, Microvascular channels, Flexural Strength, Tensile strength
  • Majid Safarabadi *, Ehsan Hayati, Mahdi Moghimi Zand Pages 511-524
    In this study, the effect of mechanical reinforcement of glass fiber sizing on the transverse mechanical properties of the glass/epoxy composite, due to the significant impact of this region on the overall mechanical properties of reinforced composites with fibers, has been investigated. To predict the transverse elastic modulus and tensile strength of the glass/epoxy composite, a representative volume element (RVE) and a three-dimensional shell model are simulated respectively, in ABAQUS commercial software. Sizing mechanical properties are held non-homogeneous and non-uniform along its thickness in the simulation. Furthermore, sizing reinforcement is done by a Random-Distribution method using carbon nanotubes (CNTs). Different lengths, diameters and, volume fractions are considered for the CNTs in sizing reinforcement in this simulation, and then the results are compared. The comparison between the results obtained from simulation and available experimental data illustrates that the sizing simulated by non-uniform mechanical properties provides more precise results than the sizing assumed by constant mechanical properties. Also, it is shown that increasing in CNTs length or decreasing in their diameter, which are distributed in sizing, would lead to improving the transverse elastic modulus and tensile strength of the glass/epoxy composite.
    Keywords: finite element analysis, Sizing, Interphase, Transverse elastic modulus, Transverse tensile strength
  • Arsalan Bagheri Tirtash, Abbas Montazeri, Alireza Shahrabi Farahani Pages 525-532

    In this investigation, consequence of introducing nanoclay particles on the flexural response of basalt fibers reinforced epoxy composites was examined. To improve the dispersion of nano reinforcements into the polymer matrix, their surface was modified with 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane coupling agent (3-GPTS). Accordingly, the surface functionalization was vouched using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). Results of the three-point bending test suggested that the highest enhancement of flexural properties was achieved via 5 wt. % of nanoclay particles. In this case, with the addition of 5 wt. % of nanofillers, flexural strength, flexural modulus, failure strain and energy absorption were increased by 30, 38, 15 and 40 percent, respectively. Microscopic investigations demonstrated that presence of nanoclay particles within the structure of basalt fibers reinforced epoxy composites enhances the stress transfer between epoxy matrix and basalt fibers which, in turn, causes a significant improvement in the mechanical properties of basalt fibers reinforced polymer composites.

    Keywords: Hybrid composite, Basalt fibers, Nanoclay particles, Surface modification, Flexural performance
  • Mansour Bavafa Bigdilou, Reza Eslami Farsani *, Hossein Ebrahimnezhad Khaljiri Pages 533-540

    In this research, the effect of adding multi-wall carbon nanotubes on high velocity impact behavior of epoxy matrix composites with kevlar fibers and ultra-high molecular weight polyethylene fibers layered arrangement was investigated. Initially, hybrid composite specimens were made in 0.1, 0.3, 0.5 and 0.9 wt.% cabon nanotube by hand lay-up method, in temperature of 200 °C and 50 minutes. Therefore, high velocity impact test with a sharp projectile with velocity 84 m/s was performed on hybrid composites. Also, to investigate the failure mechanism of hybrid nanocomposites, a field emission scanning electron microscope (FESEM) was used. The results showed that energy adsorption increased for the specimen containing 0.1 wt.% of carbon nanotubes by 13.56% in comparison with the without nano specimen. Proper distribution of carbon nanotubes and stress transfer between fibers and matrix, increased delamination and has been more energy absorbed. Also, microscopic results showed that in 0.1 wt.% of carbon nanotube, the cracking bridging phenomenon and nanotube pulling out, energy absorption in the hybrid composite was increased.

    Keywords: Multi-walled carbon nanotubes, Kevlar fibers, Polyethylene fibers, High velocity impact
  • Fardin Asghari Arpatappeh, Mehdi Abdollahi Azghan Pages 541-548
    In this study, effect of fiber arrangement and cryogenic cycles on the flexural behavior of fiber metal laminates (FMLs) were investigated. The FMLs were prepared from two aluminum 2024-T3 plates and basalt-glass fibers/epoxy composite in the central part of it. These composites were prepared in 5 different fiber arrangement by hand Lay-up technique. In order to enhancement of adhesion between aluminum and composite, aluminum surfaces were treated by electrochemical treatment (anodizing). Each cycle was carried out in 3.5 min between -100 and 25 °C. The laminates were cycled for 40 times and their flexural performance were studied before and after cryogenic cycle. In order to characterization of failure mechanism of specimens, scanning electron microscopy and optical microscopy were used. The highest and lowest flexural strength and modulus consequently belonged to the specimen with layers of basalt fibers (BFML) and the specimen consisted of glass fibers (GFML) because of weak properties of glass fibers in comparison to basalt fibers. After carrying out cryogenic cycles, BFML had the highest percentage of difference with respect to this specimen before carrying out the cryogenic cycle. These difference in flexural strength and modulus were 6% and 4.9% respectively. But in the case of GFML, difference percentage in flexural strength and modulus were 2.5% and 1.6% respectively that was the lowest percentage of difference after cycling. When the hybrid FMLs were carried out by cryogenic cycles, due to overcoming the pressure stress mechanism on delamination between composite components, results showed enhancement in flexural behavior.
    Keywords: Fiber-metal laminate, Cryogenic cycling, Basalt fibers, Fibers arrangement, Flexural properties
  • Reza Eslami Farsani *, Hossein Ebrahimnezhad Khaljiri Pages 549-570

    One of the major problems of composite parts during their services is the creating and growing microcracks into them. The growth of microcracks and incorporation of them together, can lead to the catastrophic failure of composite structure. To solve this problem, the researchers especially during the last years ago have made many efforts to fabricate self-healable materials to heal the microcracks and prevent the failure of whole part. The self-healable matter is the substance which is caused to heal the microcracks automatically and without any external intervention. According to self-healing methods, these smart materials are divided into two major group of intrinsic and extrinsic. In intrinsic healing system, the healing was carried out by physical, chemical and super molecular interactions. In contrast in extrinsic healing system, the healing agent is stored into the container such as hollow fibers, micro vascular and microcapsule. The present work tries to investigate the most recent breakthroughs in the various extrinsic healing systems with emphasis on using them into the polymeric matrix composites, especially in period time of 2009 up to now. In this regard and in the review work, the necessity composite healing, self-healing concept, different extrinsic self-healing system, and healing performance evaluation in the different mechanical exams, as well as the related statistical reports and development to the self-healing are exhibited.

    Keywords: Self- healable materials, Polymer matrix composite, Mechanical properties recovery, Extrinsic healing
  • Babak Abazadeh *, Farzin Azimpour Shishevan Pages 571-580
    In this paper, the low velocity impact of woven carbon-fiber-epoxy composites have been investigated experimentally using a number of impact tests. The woven laminates are twill and made by vacuum infusion technique (VARIM). The low velocity impact tests were carried out with different impact energies of 20, 30, 50, 60 and 80 J to find the penetration and perforation threshold energies using profile energy method. Then the impact behavior of the samples was studied using drawn diagrams of contact force-deflection, contact force-time, deflection-time, and energy-time to investigate the effect of the energy of impact and its' variations on the maximum contact force, absorbed energy and deflection in the woven Carbon-Fiber-Epoxy Composites. The results show that the contact force, absorbed energy and deflection increases when the applied impact energy increases up to 60 J. It is worth mentioning that the observed enhancement trends of the contact force, absorbed energy and deflection are different from each other.
    Keywords: Low velocity impact, Woven Composite, Carbon fiber, Epoxy Matrix
  • Davood Rahmatabadi, Ali Shahmirzalo, Moslem Tayyebi, MohamadReza Farahani, Ramin Hashemi * Pages 581-590

    In the present study, for the first time the Young's modulus, anisotropy coefficient and elastic and plastic parameters of multi-layered Al/Br/Al composite produced by cold roll bonding process were assessed by digital image correlation method. The digital image correlation (DIC) is a relatively new method used to measure strain fields to determine various parameters such as anisotropy and Young's modulus for many materials and alloys. Structure, mechanical properties, elastic and plastic parameters are determined by optical microscopy (OM), micro-hardness measurements and tensile tests equipped by 2D DIC system. Using longitudinal and transverse strains from DIC and plasticity theory thickness strain, anisotropy coefficient and other elastic and plastic parameters were calculated. The results showed that mechanical properties were improved compared to the primary samples, so that the yield strength and ultimate tensile strength of the composite were more than five times the original aluminum, and microhardness of both layers of aluminum and brass improved more than two times due to cold working caused by increasing the dislocation density during rolling. The value of the calculated elastic modulus was obtained 77.8GPa by digital image correlation method, which are little difference from the values obtained from theoretical relationships based on the volume of the composite materials. Also, the anisotropy coefficient during the tensile test, after the initial oscillation increased to the necking point, then decreased and a little before the failure point fixed.

    Keywords: CRB, DIC method, elastic, plastic parameters, anisotropy coefficient
  • Morteza Moradi, MirSaeed Safizadeh * Pages 591-600

    The replacement of damaged components is not affordable in important structures such as aircraft, ship or gas pipelines. So, the repair of a defective structure is an acceptable process. Composite patches are used to repair the damaged metal and composite structures in different industries, especially the aerospace industry. Assessment of the repaired structure is a challenging topic in order to ensure the restoration. The thermography technique is one of the most powerful non-destructive testing methods that is used to survey the repaired structures. In the present study, the defects of the de-bonding type between the based aluminum structure and the carbon/epoxy patch made by 4 layers with layup configuration [04] have been investigated by step heating thermography method. Defects locate close to the patch edges because it is more likely that debond onset in a repaired structure at edges in practice. Furthermore, detection of the edge defects is more difficult than the middle defects because of edge effects. The step heating thermography results have been processed by using pulse phase thermography (PPT) approach. Also, the simulation of thermography testing procedure carried out by finite element modeling (FEM). Finally, the results of the experiment and finite element modeling have been compared and good accuracy has been obtained in step heating thermography and PPT algorithm.

    Keywords: Composite patches, Thermography, Disbond, Finite element modeling, Pulse phase thermography
  • Mohammad Amini *, Shirin Kalantari, Alireza Khavandi Pages 601-608
    Despite previous research on the corrosion behavior of glass fiber reinforced polymer composites, the relationship between the degree of weakening of the resin/fiber interface bond and their mechanical properties is still necessary. In this research, empirical research is conducted to evaluate this issue. For this purpose, the polyester/glass samples were immersed in 10% HCl with three different temperatures of 25 °C, 50 °C and 70 °C, and changes in the mechanical properties of the samples and the apparent variations of the solution at time intervals of one up to four weeks are examined. The results showed that the ultimate tensile strength and Young modulus of composite specimens were reduced when placed in a solution with higher temperature or immersion time. Cracking caused by corrosion was shown in the resin/fiber interface using SEM photographs, and the degradation of the polyester resin was confirmed by observing the increase in surface cracks and changes in the solution color. Furthermore, visual inspection of sample failure surfaces after a tensile test showed that the failure occurred as DGM type. Finally, atomic absorption spectroscopy (AAS) analysis was performed to prove the occurrence of ion exchange mechanism. The results of this study indicate the occurrence of corrosion mechanisms in the interface area of composite specimens.
    Keywords: Polymer composites, Corrosion mechanisms, interface, Mechanical properties
  • Abbasali Saboktakin *, Mehran Shahrooz Pages 609-614
    In this study, develop accurate finite element models of plain woven fabrics to determine their mechanical properties and progressive damage analysis. In addition, in order to describe the internal geometry from actual measurements of tow geometry made on photomicrographs of sectioned laminates. In the first step, a unit-cell of composite was created in CATIA software in meso scale. After that, unit-cell was imported in ABAQUS software to finite element (FE) analysis. For each architecture, the yarns are assumed to be transversely isotropic and the resin assumed isotropic. After that a stress averaging technique based on an iso-strain assumption is used to determine the effective moduli of the unit cells. Afterwards, The damage model is implemented in the FE code by a user-defined (USDFLD). In this damage model, in order to predict damage initiation of composite plates, 3D Hashin’s failure criterion is chosen. And in order to evolution damage instantaneous Material Property Degradation Method is applied. The good agreement between the theoretical results and experimental data, introduces the ability of the applied model and provided subroutine.
    Keywords: Plain woven composite, finite element analysis, progressive damage, Tensile test
  • Reza Azarafza *, Ali Davar, Javad Faraji Shoaa Pages 615-626
    Composite sandwich panels with grid stiffened core, are composed of composite face sheets and kagome type lattice core. These structures can be used as alternative to the structures reinforced with stringer, sandwich panels with honeycomb core and aluminum grid structures. In this study, experimental tests and finite element analysis using ABAQUS software are applied for low-velocity impact on grid stiffened sandwich panels. In the experimental method, two sandwich panels with grid stiffened core are manufactured and undergo drop weight impact with a hemispherical steel impactor. Also, in the numerical method, the results are compared with the three-dimensional elements and progressive damage model is applied by employing user defined material subroutines in finite element method using ABAQUS software. Making comparison between the present numerical results with experimental results, shows that the finite element method is an efficient way to reduce the time and cost for understanding the behavior of this type of structure against impact loads. The energy absorption occurs in the structures mainly due to the induced damage in the impact region of the structure. This damage may affect the top face sheets or the ribs within the core of the sandwich panel and the rigidity of the impact position, reduces the visible damaged area in the structure. Also, the impact on the points such as the ribs’ intersections, which are more rigid than the space between the ribs, causes the contact time to be decreased and the maximum contact force to be increased.
    Keywords: sandwich panel, grid stiffened core, Low velocity impact, progressive damage, VUMAT subroutines
  • Mohammad Ravandi *, Mohammad Noorian Pages 627-636
    Reliability analysis of composite structures has gained increased attention due to the growing use of composite materials in many industries such as aerospace, automotive and construction in recent decades. Uncertainty analysis approaches are effective tools in order to probabilistically assess the behavior and evaluate the reliability of composite structures with variabilities in material properties. In this study, a computationally efficient surrogate model based on the polynomial chaos expansion for reliability analysis of composite structures with a large number of uncertain parameters is presented. The uncertain input parameters including composite material properties, geometry and loads, are assumed as random variables with a normal distribution and are taken into account for reliability evaluation. A sparse grid collocation strategy is used to determine the sample points for constructing the surrogate model relating the uncertain variables to the structural response. In the end, a numerical example is performed to demonstrate the accuracy and efficiency of this methodology for a higher number of uncertain variables by comparing the results with the direct Monte Carlo simulation method.
    Keywords: Composite structures, Reliability analysis, Polynomial chaos expansion, Sparse grid collocation, Uncertainty Analysis
  • Soheil Hashemi, AliAsghar Jafari * Pages 637-648

    In this research, the nonlinear free vibration analysis of functionally graded (FG) rectangular plate is investigated analytically using first order shear deformation theory (FSDT) for the first time. For this purpose, firstly, using Hamilton principle, the partial differential equations of motion are developed based on first order shear deformation theory (FSDT) and von Karman nonlinearity strain displacement relations. Afterward, by applying Galerkin method, the nonlinear partial differential equations are transformed into nonlinear ordinary differential equations. Then, using the modified Lindstedt-Poincare method, the nonlinear equation of transverse motion of the FG plate is solved analytically to determine nonlinear frequency ratio. The material properties of the plate are assumed to be graded continuously according to power law distribution in the thickness direction. The effects of some key system parameters such as vibration amplitude, volume fraction index and aspect ratio on the nonlinear natural frequency ratio to linear natural frequency are discussed. To validate the analysis, the results of this study are compared with the results of previously published papers and numerical solution and good agreement has been observed.

    Keywords: Nonlinear vibrations, Rectangular plate, Functionally graded materials, first order shear deformation theory, modified Lindstedt-Poincare method
  • Mohammad Mollazadeh, Reza Arghavanian * Pages 649-656
    Polytetrafluoroethylene (Teflon) is one of the most widely used materials as the matrix in polymer-matrix composites due to its unique properties. In this study, the effect of zirconia particles addition on the wear rate and friction coefficient of pure Teflon has been investigated. For this, composite samples were manufactured by adding of 5 to 30wt.% zirconia into the PTFE matrix containing 10wt% graphite. Production of the samples were done by cold press and sintering method according ASTM D4894 and 4745 standards. To evaluate the wear resistance of the samples, pin on disk test was performed according to ASTM G99 standard. Finally, the hardness of the samples was measured using ASTM D2240 (Shore D) standard. The scanning electron microscope was applied to investigate the distribution of second phase particles and worn surfaces of the samples. The lowest wear rate and friction coefficient and the highest hardness were obtained for the sample containing 20wt.% zirconia. This sample had approximately 3 times lower wear rate and 12% higher hardness with respect to pure PTFE. This improvement is due to the higher load carrying capability of composite samples as a result of zirconia particles incorporation in the polymer matrix.
    Keywords: Polymer-matrix composites, Polytetrafluoroethylene, Zirconia, Wear resistance