نشریه فناوری آزمون‌های غیرمخرب

نشریه فناوری آزمون‌های غیرمخرب

بررسی آسیب برشی داخل صفحه در سیلندرهای کامپوزیت از طریق استفاده از تکنیک آکوستیک امیشن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
مهدی فرج پور 1
مهدی احمدی 2
1 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد تهران شرق
2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
10.30494/jndt.2025.433327.1139
چکیده
هدف از این مطالعه بررسی خواص برشی درون صفحه استوانه‌های کامپوزیت رشته‌ پیچی و ارزیابی مکانیزم‌های آسیب مرتبط با استفاده از تکنیک‌ آکوستیک امیشن بود. دو ماده کامپوزیتی مجزا، یعنی کربن/اپوکسی و اپوکسی شیشه، برای این منظور ساخته شد. قطعات تحت شرایط بار پیچشی مطابق با ASTM D5448 قرار گرفتند. در این پژوهش پارامترهای مختلفی مانند گشتاور، زاویه پیچش و کرنش به دقت ثبت شدند. علاوه بر این موارد، از حسگرهای نشر آوایی برای ثبت سیگنال‌هایی استفاده شد که وقوع شکست را نشان می‌دهند. یافته‌های این پژوهش نشان داد که استحکام برشی درون صفحه‌ای و مدول برشی نمونه‌های کربن/اپوکسی (CFRP) از نمونه‌های شیشه/اپوکسی (GFRP) بیشتر است. نتایج حاصل از آزمایش نشر آوایی در نمونه‌های CFRP نشان داد که در این نمونه‌ها هیچ موردی از جداشدگی الیاف/ماتریس وجود ندارد. در عوض مد اصلی شکست مشاهده شده در این نمونه‌ها به صورت شکست الیاف است و به طور کلی 71 درصد از کل شکست‌های شناسایی شده را در بر می‌گیرد. همچنین مکانیزم شکست اولیه در نمونه‌های CFRP به صورت جداشدگی الیاف/ماتریس است که تقریبا 50% از کل شکست‌های ثبت شده را شامل می‌شود.هدف از این مطالعه بررسی خواص برشی درون صفحه استوانه‌های کامپوزیت رشته‌ پیچی و ارزیابی مکانیزم‌های آسیب مرتبط با استفاده از تکنیک‌های انتشار آکوستیک بود. دو ماده کامپوزیتی مجزا، یعنی کربن/اپوکسی و اپوکسی شیشه، برای این منظور ساخته شد. قطعات تحت شرایط بار پیچشی مطابق با ASTM D5448 قرار گرفتند. در این پژوهش پارامترهای مختلفی مانند گشتاور، زاویه پیچش و کرنش به دقت ثبت شدند. علاوه بر این موارد، از حسگرهای نشر آوایی برای ثبت سیگنال‌هایی استفاده شد که وقوع شکست را نشان می‌دهند. یافته‌های این پژوهش نشان داد که استحکام برشی درون صفحه‌ای و مدول برشی نمونه‌های کربن/اپوکسی (CFRP) از نمونه‌های شیشه/اپوکسی (GFRP) بیشتر است. نتایج حاصل از آزمایش نشر آوایی در نمونه‌های CFRP نشان داد که در این نمونه‌ها هیچ موردی از جداشدگی الیاف/ماتریس وجود ندارد. در عوض مد اصلی شکست مشاهده شده در این نمونه‌ها به صورت شکست الیاف است و به طور کلی 71 درصد از کل شکست‌های شناسایی شده را در بر می‌گیرد. همچنین مکانیزم شکست اولیه در نمونه‌های CFRP به صورت جداشدگی الیاف/ماتریس است که تقریبا 50% از کل شکست‌های ثبت شده را شامل می‌شود.
کلیدواژه‌ها
رشته پیچی
برش درون صفحه
مکانیزم‌های خرابی
نشر آوایی
موضوعات

عنوان مقاله English

Examining In-Plane Shear Damage in Composite Cylinders Through the Use of Acoustic Emission Techniques

نویسندگان English

Mehdi Farajpour 1
mehdi ahmadin 2
1 Department of Engineering, Islamic Azad University, East Tehran Branch
2 Examining In-Plane Shear Damage in Composite Cylinders Through the Use of Acoustic Emission Techniques
چکیده English

The objective of this study was to examine the in-plane shear properties of filament-wound composite cylinders and assess the associated damage mechanisms using acoustic emission techniques. Two distinct composite materials, namely carbon/epoxy and glass epoxy, were manufactured for this purpose. The cylinders were subjected to torsion load conditions in accordance with ASTM D5448. Throughout the testing process, various parameters such as torque, angle of torsion, and strain were meticulously recorded. Additionally, the acoustic emission sensors were utilized to capture signals indicating the occurrence of damages. The findings of the study indicate that the in-plane shear strength and shear modulus of the carbon/epoxy specimens surpass those of the glass/epoxy counterparts. The results from acoustic emission testing indicated that in the CFRP specimens, there were no instances of fiber/matrix debonding. Instead, the main mode of damage observed was fiber breakage, accounting for approximately 71% of the total damage detected. On the other hand, in the GFRP specimens, the primary damage mechanism was found to be fiber/matrix debonding, making up approximately 50% of the overall damage recorded.The objective of this study was to examine the in-plane shear properties of filament-wound composite cylinders and assess the associated damage mechanisms using acoustic emission techniques. Two distinct composite materials, namely carbon/epoxy and glass epoxy, were manufactured for this purpose. The cylinders were subjected to torsion load conditions in accordance with ASTM D5448. Throughout the testing process, various parameters such as torque, angle of torsion, and strain were meticulously recorded. Additionally, the acoustic emission sensors were utilized to capture signals indicating the occurrence of damages. The findings of the study indicate that the in-plane shear strength and shear modulus of the carbon/epoxy specimens surpass those of the glass/epoxy counterparts. The results from acoustic emission testing indicated that in the CFRP specimens, there were no instances of fiber/matrix debonding. Instead, the main mode of damage observed was fiber breakage, accounting for approximately 71% of the total damage detected. On the other hand, in the GFRP specimens, the primary damage mechanism was found to be fiber/matrix debonding, making up approximately 50% of the overall damage recorded.

کلیدواژه‌ها English

Filament wounding
In-plane Shear properties
Damage Mechanisms
Acoustic emission
[1] Quanjin, M., et al., Design of portable 3-axis filament winding machine with inexpensive control system. Journal of Mechanical Engineering and Sciences, 2018. 12(1): p. 3479-3493.
[2] Kangal, S., et al., Investigation of interlayer hybridization effect on burst pressure performance of composite overwrapped pressure vessels with load-sharing metallic liner. Journal of Composite Materials, 2020. 54(7): p. 961-980.
[3] Ajide, O., Synergistic Influence of Banana Pseudo Stem Fibre and Synthetic Fibre on Mechanical, Thermal Stability and Tribological Properties of Epoxy-Based Composites. Current Journal of Applied Science and Technology, 2023. 42(18): p. 25-41.
[4] Ghanem, H., et al., Experimental and Numerical Investigation of the Flexural Behavior of Mortar Beams Strengthened with Recycled Plastic Mesh. Sustainability, 2023. 15(7): p. 5640.
[5] Ghandourah, E., et al., Enhanced ANN Predictive Model for Composite Pipes Subjected to Low-Velocity Impact Loads. Buildings, 2023. 13(4): p. 973.
[6] Liao, D., et al., Failure analysis of glass fiber reinforced composite pipe for high pressure sewage transport. Engineering Failure Analysis, 2023. 144: p. 106938.
[7] Wang, Y., et al., Numerical and experimental investigation on tensile fatigue performance of reinforced thermoplastic pipes. Ocean Engineering, 2023. 287: p. 115814.
[8] Chang, Y., et al., Micro-mechanical damage simulation of filament-wound composite with various winding angle under multi-axial loading. Composite Structures, 2023. 313: p. 116925.
[9] Mansour, G., et al., Experimental and Numerical Investigation on the Torsional Behaviour of Filament Winding-Manufactured Composite Tubes. Applied Mechanics and Materials, 2016. 834: p. 173-178.
[10] Xun, L., et al., Degradation of torsional behaviors of 3-D braided thin-walled tubes after atmospheric thermal ageing. Thin-Walled Structures, 2022. 170: p. 108555.
[11] Mutasher, S., Prediction of the torsional strength of the hybrid aluminum/composite drive shaft. Materials & design, 2009. 30(2): p. 215-220.
[12] Minak, G., et al., Low-velocity impact on carbon/epoxy tubes subjected to torque–experimental results, analytical models and FEM analysis. Composite structures, 2010. 92(3): p. 623-632.
[13] Roundi, W., et al., Acoustic emission monitoring of damage progression in glass/epoxy composites during static and fatigue tensile tests. Applied Acoustics, 2018. 132: p. 124-134.
[14] Lissek, F., et al., Acoustic emission for interlaminar toughness testing of CFRP: Evaluation of the crack growth due to burst analysis. Composites Part B: Engineering, 2018. 136: p. 55-62.
[15] Saeedifar, M., et al., Delamination analysis in composite laminates by means of acoustic emission and bi-linear/tri-linear cohesive zone modeling. Composite Structures, 2017. 161: p. 505-512.
[16] Mohammadi, R., et al., Correlation of acoustic emission with finite element predicted damages in open-hole tensile laminated composites. Composites Part B: Engineering, 2017. 108: p. 427-435.
[17] Oskouei, A.R., et al., An integrated approach based on acoustic emission and mechanical information to evaluate the delamination fracture toughness at mode I in composite laminate. Materials & Design, 2011. 32(3): p. 1444-1455.
[18] Oskouei, A.R. and M. Ahmadi, Acoustic emission characteristics of mode I delamination in glass/polyester composites. Journal of composite materials, 2010. 44(7): p. 793-807.
[19] Gutkin, R., et al., On acoustic emission for failure investigation in CFRP: Pattern recognition and peak frequency analyses. Mechanical systems and signal processing, 2011. 25(4): p. 1393-1407.
[20] Fotouhi, M., et al., Monitoring the initiation and growth of delamination in composite materials using acoustic emission under quasi-static three-point bending test. Journal of reinforced plastics and composites, 2011. 30(17): p. 1481-1493.
[21] Liu, P., et al., A study on the failure mechanisms of carbon fiber/epoxy composite laminates using acoustic emission. Materials & Design, 2012. 37: p. 228-235.
[22] Ramirez-Jimenez, C., et al., Identification of failure modes in glass/polypropylene composites by means of the primary frequency content of the acoustic emission event. Composites Science and Technology, 2004. 64(12): p. 1819-1827.
[23] Woo, S.-C. and T.-W. Kim, High strain-rate failure in carbon/Kevlar hybrid woven composites via a novel SHPB-AE coupled test. Composites Part B: Engineering, 2016. 97: p. 317-328.

  • تاریخ دریافت 10 دی 1402
  • تاریخ بازنگری 01 اردیبهشت 1404
  • تاریخ پذیرش 09 خرداد 1404