بررسی رفتار خستگی کامپوزیت زمینه پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP) در سطوح تنشی مختلف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• علیرضا مقدس موسوی زاده
• احد ضابط
• سمانه صاحبیان

گروه مهندسی متالورژی و مواد دانشگاه فردوسی مشهد، ایران.

10.22067/jmme.2022.72975.1029

چکیده

در این پژوهش هدف بررسی رفتار خستگی کامپوزیت GFRP با جهت‌گیری الیاف دو جهته [0,90] تحت سطوح تنشی مختلف است. بدین منظور ابتدا آزمون کشش انجام گرفت و مقدار استحکام نهایی برابر با MPa 420 به دست آمد. سپس آزمون خستگی در 4 سطح تنش 70، 50، 42 و 35 درصد استحکام نهایی انجام شد. نتایج خستگی حاصل دارای پراکندگی مطلوبی بود و منحنی برازش شده بر روی داده‌ها نیز تطابق مناسبی داشت. در نهایت با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، چسبندگی میان الیاف و زمینه و ساختار شکست خستگی نمونه‌های 70 و 35 درصد استحکام نهایی مورد ارزیابی قرار گرفت. طبق نتایج در هر دو نمونه 70 و 35 درصد، چسبندگی میان الیاف و زمینه مطلوب نبود و جدایش الیاف از زمینه مشاهده گردید. در سطح بار 35 درصد UTS، به دلیل تضعیف پیوند میان رزین و الیاف، جدایش بین آن‌ها شدیدتر بود. همچنین در  هر دو نمونه 70 و 35 درصد UTS مکانیزم بیرون‌زدگی الیاف دیده شد اما شدت آن در نمونه 35 درصد بیشتر بود. در نمونه 35 درصد، اعوجاج قابل توجهی مشاهده گردید که در نمونه 70 درصد، دیده نشده بود. از طرفی، شکست ترد زمینه در نمونه 70 درصد نسبت به 35 درصد، وضوح بیشتری داشت. این موضوع را می‌توان به افزایش نرمی زمینه در اثر اعمال بار سیکلی ربط داد.
 

کلیدواژه‌ها

• کامپوزیت GFRP
• خستگی
• اپوکسی
• الیاف شیشه

20.1001.1.20087462.1401.33.2.1.1

موضوعات

• مواد پیشرفته

---

عنوان مقاله [English]

The Study of Fatigue Behavior of Glass Fiber Reinforced epoxy(GFRP) Composite Under Different Stress Levels

نویسندگان [English]

• alireza moghaddas mousavi zadeh
• Ahad Zabett
• ُSamane Sahebian

Department of Material Science and Engineering, Ferdowsi university of Mashhad, Mashhad, Iran.

چکیده [English]

The aim of this study is to investigate the fatigue behavior of GFRP composite with biaxial fiber orientation [0,90] under different stress levels. First, the tensile test was performed and the UTS value was 420 MPa. Then, fatigue test was performed at 4 stress levels of 70, 50, 42 and 35% of UTS. Fatigue results had acceptable dispersion and the fitting curve on the data also matched well. Finally, the fatigue failure structures of 70 and 35% of UTS samples, using scanning electron microscopy (SEM) were evaluated. The results showed that in both 70 and 35% samples, the mechanism of pull out fibers was obsvered but its intensity was higher in 35% sample. Also in the 35% sample, significant distortion was observed which was absent in the 70% sample. On the other hand, the brittle failure of matrix was more pronounced in the 70% sample than in the 35% sample. This can be related to the increase of the matrix softness due to the application of cyclic load.

کلیدواژه‌ها [English]

• GFRP Composite
• fatigue
• epoxy
• glass fiber

مراجع

1.  

   1. یوسف محمدی نژاد، "انرژی پاک نیاز و ضرورت هزارهی سوم"، انتشارات نگارنده دانش تهران، (1392).
   2. L. Panwara, S.C. Kaushik, Surendra Kotharia., "Role of renewable energy sources in environmental protection: A review", Renewable and Sustainable Energy Reviews 15, India (2011).
   3. Richa Kothari,V.V. Tyagi, Ashish Pathak., "Waste-to-energy: A way from renewable energy sources to sustainable development", Sustainable Energy Reviews 14, India (2010).
   4. Balat M., "Review of modern wind turbine technology", Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, Vol. 31, 17, (2009).
   5. Balat M,. "Usage of energy sources and environmental problems", Energy Exploration and Exploitation, 23, No. 2, (2005).
   6. Mayer RM., "Design of composite structures against fatigue applications to wind turbine blades", Chippenham, Antony Rowe Ltd, pp. 195–208, (1996).
   7. Kong C, Kim H, Kim J., "A study on structural and aerodynamic design of composite blade for large scale HAWT system", Final report, Hankuk Fiber Ltd, (2000).
   8. Yang , D. Sun., "Testing inspecting and monitoring technologies for wind turbine blades: A survey", Renewable and Sustainable Energy Reviews, pp 515-526. Vol. 22, (2013).
   9. Bakis, L.C. Bank, V. Brown, E. Cosenza, J. Davalos, J. Lesko, et al., "Fiber reinforced polymer composites for construction-state-of-the-art review", Journal of Composoties, Vol. 6, No. 2, (2002).
   10. D. Sims ,W. R. Broughton., "Glass Fiber Reinforced Plastics- Properties", National Physical Laboratory. Tiddington, UK.
   11. Douglas S. Cairns, John D Shramstad., "Evaluation of Hand Lay-up And Resin Transfer Molding in Composite Wind Turbine Blade Structures", Sandia Online labratories, (2012).
   12. P. Dyer and D. H. Isaac., "Fatigue behavior of continuous glass fiber reinforced composites", Composites Part B: Engineering,Vol .29,No. 6, pp.725-733, (1998)
   13. Joris Degrieck and Wim Van Paepegem., "Fatigue damage modeling of fibre-reinforced composite materials: Review", Mechanical Review, Vol. 54, No. 4, (2001).
   14. Hemanth Kumar C, R.P. Swamy., "Fatigue life prediction of glass fiber reinforced epoxy composites using artificial neural networks",Composites Communications, Vol. 26, (2021).
   15. ASTM D3039, Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials.
   16. ASTM D3479, Standard Test Method for Tension-Tension Fatigue of Polymer Matrix Composite Materials.
   17. Neil Kelly Wahl., "Spectrum fatigue lifetime and residual strength for fiberglass laminates", A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Mechanical Engineering, Montana, (2001).
   18. نادیا نصرتی، "بررسی رفتار خزشی کامپوزیت اپوکسی/الیاف شیشه به کار رفته در ساخت پره توربین بادی"، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه فردوسی مشهد، (1396).
   19. Kalyan Kumar Singh, Md. Touhid Alam Ansari, Md. Sikandar Azam., "Fatigue life and damage evolution in woven GFRP angle ply laminates", International Journal of Fatigue, Vol 142, (2021).
   20. مهران طغرایی، "بررسی رفتار خستگی کامپوزیت زمینه پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه ساخته شده به دو روش لایه گذاری دستی و تزریق رزین به کمک خلأ (VIP)"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه فردوسی مشهد (1393).
   21. Wahid Ferdous, Allan Manalo, Joshua Peauril, Choman Salih, Kakarla Raghava Reddy, Peng Yu, Peter Schubel, Tom Heyer, "Testing and modelling the fatigue behavior of GFRP composites, Effect of stress level, stress concentration and frequency", Engineering Science and Technology, an International Journal, Vol. 23, No. 5, pp. 1223-1232, (2020).