بررسی اثر استحکام اتصال چسبی در رفتار خمش سه نقطه‌ای پنل‌های ساندویچی با هسته فوم کامپوزیتی Al A356/SiCp

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مسعود گلستانی پور ¹ , ابوالفضل باباخانی ² , سیدمجتبی زبرجد ³

1 - -استادیار گروه پژوهشی مواد و موسسه علمی کاربردی جهاد دانشگاهی خراسان رضوی
2 - دانشیار گروه مواد و متالورژی دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد
3 - استاد بخش مهندسی متالورژی دانشکده مهندسی دانشگاه شیراز

تاریخ دریافت : 1394/11/14 تاریخ پذیرش : 1396/03/27 تاریخ انتشار : 1396/03/01

کلید واژه: فوم آلومینیومی, پنل ساندویچی, اتصال چسبی, آزمون خمش سه نقطه‌ای,

چکیده مقاله :

    پنل­های ساندویچی با هسته فوم آلومینیوم یا کامپوزیت زمینه آلومینیومی، ساختارهایی سبک با قابلیت جذب انرژی هسـتند که در کاربردهای حـفاظت در برابر ضـربه نظیـر پنل­های سـاختمانی سبک، مواد بسته­بندی و جاذب­های انرژی کاربرد دارند. در تحقیق حاضر از آزمون تجربی خمش سه نقطه­ای بر روی نمونه­های پنل ساندویچی با هسته فوم کامپوزیتی Al A356/SiC_p و صفحاتی از جنس آلومینیوم 1100 استفاده شد. اتصال هسته فومی به صفحات با استفاده از سه نوع چسب متداول صنعتی با استحکام اتصال متفاوت، صورت گرفت. حداکثر نیروی لازم برای گسیختگی ناشی از خمش سه­ نقطه­ای، انرژی جذب شده، رفتار خمش، مدل تغییرشکل و نحوه پیوستگی اتصال چسبی از جمله نتایـج حاصل از این تحقیق می­باشد. از نتایج این تحقیق مشخص گردید که حداکثر نیروی لازم برای گسیختگی و نیز میزان انرژی جذب شده برای پنل­های ساندویچی بسته به نوع چسب مورد استفاده، بسیار بیش‌تر از فوم کامپوزیتی بدون استفاده از صفحات است. علاوه بر این در اتصال چسبی مستحکم به دلیل عملکرد بهتر در اتصال­دهی و استحکام بالاتر اتصال، تخریب نمونه از فصل مشترک اتصال صورت نمی‌گیرد بلکه از داخل هسته فومی صورت می‌پذیرد. همچنین با توجه به استفاده از صفحات با جنس و ضخامت یکسان و فاصله تکیه­گاهی مشابه و ثابت در این تحقیق، مشخص گردید که تنها استحکام اتصال در تعیین مدل تغییر شکل و رفتار خمشی پنل­های ساندویچی نقش داشته است.

چکیده انگلیسی:

    Aluminium and aluminium base composite foam core sandwich panels are good energy absorbers for impact protection applications, such as light-weight structural panels, packing materials and energy absorbing devices. In this study, three-point bending tests were carried out on sandwich structures with Al A356/SiCp composite foam core and Al 1100 aluminium face-sheets and also aluminium composite foam without face-sheets. For bonding of panels, three industrial adhesive with different shear strength were used. Maximum of failure force, absorbed energy, bending behavior, deformation model and adhesive bonding were investigated. Results showed that maximum failure force and absorbed energy of sandwich panels were higher than aluminium composite foam without face-sheets. In addition, for samples with higher strength of adhesive bonding, failure were accrued in foam core rather than bonding interface. Finally, because of constant value of face-sheets thickness and mid-span, bonding strength was effective parameter on deformation model and bending behavior of sandwich panels.

منابع و مأخذ:

1-M.F. Ashby, A. Evans, N.A. Fleck, L.J. Gibson, J.W. Hutchinson, H.N.G. Wadley, “Metal Foams-A Design Guide”, Butterworth-Heinemann, London, 2000.

2-J. Banhart, “Manufacture, characterization and application of cellular metals and metallic foams”, Progress in Material Science, Vol. 46, pp. 559-632, 2001.

3-H.P. Degischer, B. Kriszt, “Handbook of cellular metals”, Weinheim, Wiley-VCH, 2002.

4-J. Banhart, H.W. Seeliger, “Aluminium Foam Sandwich Panels: Manufacture, Metallurgy and Applications”, Advanced Engineering Materials, Vol. 10, pp. 793-802, 2008.

 

5-W. Hou, F. Zhu, G. Lu, D.N. Fang, “Ballistic impact experiments of metallic sandwich panels with aluminium foam core”, International Journal of Impact Engineering, Vol. 37, pp. 1045-1055, 2010.

6-J. Yu, E. Wang, J. Li and Z. Zheng, “Static and low-velocity impact behavior of sandwich beams with closed-cell aluminum-foam core in three-point bending”, International Journal of Impact Engineering, Vol. 35, pp. 885-894, 2008.

7-V. Crupi, G. Epasto and E. Guglielmino, “Comparison of aluminium sandwiches for lightweight ship structures: Honeycomb vs. foam”, Marine Structures, Vol. 30, pp. 74-96, 2013.

8-Z. Sun, X. Hu, S. Sun and H. Chen, “Energy-absorption enhancement in carbon-fiber aluminum-foam sandwich structures from short aramid-fiber interfacial reinforcement”, Composites Science and Technology, Vol. 77, pp. 14-21, 2013.

9-G. Zu, R. Lu, X. Li, Z.  Zhong, X. Ma, M. Han and G. Yao, “Three-point bending behavior of aluminum foam sandwich with steel panel”, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 23, pp. 2491-2495, 2013.

10-K. Kabir, T. Vodenitcharova and M. Hoffman, “Response of aluminium foam-cored sandwich panels to bending load”, Composites: Part B, Vol. 64, pp. 24-32, 2014.

11-L. L. Yan, B. Han, B. Yu, C. Q. Chen, Q. C. Zhang and T. J. Lu, “Three-point bending of sandwich beams with aluminum foam-filled corrugated cores”, Materials and Design, Vol. 60, pp. 510-519, 2014.

12-مسعود گلستانی پور، مینو توکلی، سید مجتبی زبرجد، ابوالفضـل باباخـانی، بهـروز نادری "بررسی جذب انرژی پنل­های ساندویچی با هسته فوم آلومینیوم تحت آزمون سوراخ­کاری"، مجله مواد نوین، جلد 3، شماره 2، صفحه 38-25، زمستان 1391.

13-M. Golestanipour, H. Amini Mashhadi, M. S. Abravi, M. Malekjafarian, M. H. Sadeghian, “Manufacturing of Al/SiC_p composite foams using calcium carbonate as foaming agent”, Materials Science and Technology, Vol. 27, pp. 923-927, 2011.

14-ASTM E864 Standard, “Standard practice for surface preparation of aluminum alloys to be adhesively bonded in honeycomb shelter panels”, 2003.

15-ASTM E290 Standard, “Standard test method for Bend Testing of Material for Ductility”, 1997.

16-ASTM D790 Standard, “Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials”, 2003.

17-V. Crupi and R. Montanini, “Aluminium foam sandwiches collapse modes under static and dynamic three-point bending”, International Journal of Impact Engineering, Vol. 34, pp. 509-521, 2007.