Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Zarrebini,Hossein Hasani
محمد ذره بینی اصفهانی (استاد راهنما) حسین حسنی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Armin Yazdani rad
آرمین یزدانی راد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی نساجی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1397

TITLE

Investigation of bending behavior of fiber reinforced sandwich structures produced by 3d printing
Sandwich composite are widlely used in various industries such as aerospace and construction industry due to their desirable mechanical properties such as high fatigue and flexural strength and low weight. Nowadays, fiber-reinforced composites play a major role in manufacturing the face sheets of sandwich structures. Among the various methods proposed for the production of these structures, 3D printers are considered as a new solution. The most common type of the 3D printers are fused deposition modelling (FDM) printers, in which the thermoplastic polymer filament is extruded after feeding into a hot block and is deposited layer by layer with a certain geometry. The structures produced by this method do not possess outstanding mechanical properties. Reinforcing the 3D printed structures using nanofibers, short fibers and continuous fibers or yarns is an effective method to enhance their mechanical charactersitics. This study aims to investigate the flexural behavior of fiber-reinforced sandwich structures produced by 3D printing method. In this regard, after designing and manufacturing a continuous fiber 3D printer, 3D sandwich structures with acrylonitrile butadiene styrene (ABS) as matrix and nylon 66 filament as reinforcement were manufactured. The upper and lower face sheets were reinforced with continuous fibers. The core was manufactured in two different geometries i.e triangular and rhombic. In addition, to investigate the effect of foam injection on the flexural behavior of these structures, polyurethane foam was injected in spaces between the core cellular structures. The specimens were then subjected to three-point bending loading. The finding revealed that reinforcing the face sheets with continuous fibers improved the bearing capacity by about 1.5 times and the energy absorption by 6.5 times. Injection of foam into the structure also improved the bearing capacity and energy absorption by more than 50% compared to the reinforced structure without foam. Also, the core geometry did not have a significant effect on the flexural properties of the produced 3D structures. Results also showed that the failure mode in polymeric 3D structures as well as fiber-reinforced structures was the core failure and collapse due to applied shear forces and core-face delamination.
سازههای مرکب ساندویچی بهواسطه خواص مکانیکی مطلوب مانند مقاومت خستگی و خمشی بالا و وزن کم، در صنایع مختلف کاربرد دارند که ازجمله آنها میتوان به صنعت هوافضا و ساختمانسازی اشاره نمود. امروزه کامپوزیتهای تقویتشده با الیاف نقش عمدهای در تولید پوستههای سازههای ساندویچی ایفا میکنند. در بین روشهای متعددی که برای تولید این کامپوزیتها ارائهشده است، استفاده از چاپگرهای سهبعدی راهکار جدیدی بهحساب میآید. رایجترین نوع چاپگر سهبعدی، چاپگر سهبعدی با قابلیت لایهنشانی رشته مذاب است که رشته پلیمری گرمانرم پس از تغذیه به سامانه لایه نشان، ذوب شده و با هندسه مشخصی لایه به لایه بر رویهم قرار میگیرد؛ اما سازههای تولیدشده با چاپگرهای سهبعدی مذکور عمدتاً خواص مکانیکی برجستهای ندارند. به همین علت تقویت سازههای چاپ سهبعدی شده با الیاف نانو، خردشده، ممتد یا نخ به روشی پرطرفدار در بین پژوهشگران صنعت چاپ سهبعدی تبدیل شده است. هدف این پژوهش بررسی رفتار خمشی سازههای ساندویچی تقویتشده با الیاف است که با روش چاپ سهبعدی تولیدشدهاند. در این راستا، پس از طراحی و ساخت چاپگر سهبعدی با قابلیت لایهنشانی همزمان پلیمر و الیاف ممتد، سازههای ساندویچی سهبعدی با بستر اکریلونیتریل بوتادین استایرن و تقویتکننده نخ نایلون 66 تولید گردید. پوسته بالا و پایین این سازهها با استفاده از الیاف ممتد تقویت گردید و برای بررسی اثر هندسه هسته، هستههایی پلیمری با شکل مثلثی و لوزی تولید شد. علاوه بر این، جهت بررسی اثر تزریق فوم بر رفتار خمشی سازه، در فضای بین ساختار مشبک هسته، فوم پلیاورتان تزریق شد. سپس نمونهها تحت آزمایش خمش سهنقطه طبق استانداردهای موجود قرار گرفتند. نتایج بهدستآمده بهطورکلی حاکی از آن بود که تقویت پوسته سازه ساندویچی چاپ سهبعدی شده با الیاف ممتد باعث بهبود حدود 5 / 1 برابری ظرفیت باربری و 5 / 6 برابری جذب انرژی سازه شده است. همچنین تزریق فوم در ساختار باعث بهبود بیش از 50 درصدی ظرفیت باربری و جذب انرژی نسبت به سازه تقویتشده بدون فوم شد. اما هندسههای انتخابشده برای هسته در این پژوهش تأثیر معنیداری بر خواص خمشی سازههای سهبعدی تولیدشده نداشت. همچنین بررسیها نشان میدهد که مِد شکست در سازههای سهبعدی پلیمری و نیز سازههای تقویتشده با الیاف، شکست و فروپاشی هسته ناشی از اعمال نیروهای برشی و جدایش هسته از پوسته بود.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی