Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Một Nghiên Cứu Thực Nghiệm Về Các Tham Số Z-Pin Chữ Nhật Trong Phản Ứng Động Mô Đun Của Các Vật Liệu Composite Cường Hóa
Tóm tắt
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện và cho thấy rằng việc gia cường theo chiều dày bằng cách sử dụng các pin z có thể cải thiện đáng kể các đặc tính cơ học của laminate composite sợi carbon. Phản ứng động mô đun của các laminate composite được gia cường qua chiều dày với kích thước pin z hình chữ nhật và các biến thiết kế mật độ diện tích được tạo ra từ Thiết kế Thí Nghiệm (DOE) được nghiên cứu thông qua các thử nghiệm rung tự do và cưỡng bức. Mặc dù nhiều nghiên cứu đã báo cáo việc sử dụng các công cụ thí nghiệm, thống kê, số học và tính toán áp dụng cho cấu trúc composite, cho đến nay, rất ít nghiên cứu tập trung vào việc áp dụng phân tích phương sai (ANOVA) để phân tích dữ liệu thí nghiệm và mạng nơ-ron nhân tạo (ANN) như một kỹ thuật để dự đoán phản ứng động mô đun của các composite có pin z. Kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng, trong hầu hết các trường hợp, đã có sự gia tăng tần số tự nhiên, cho thấy sự giảm khoảng từ 60% đến 70% trong biên độ rung của tất cả các mẫu có gia cường pin z so với mẫu không có pin. Hơn nữa, dữ liệu thực nghiệm so với kết quả thống kê chỉ ra rằng các pin z có ảnh hưởng tích cực đến việc tăng và giảm tần số tự nhiên và biên độ rung cưỡng bức, tương ứng, của các composite có pin z so với các ANNs đã được gia cường và huấn luyện, và dữ liệu thực nghiệm cho thấy sự đồng thuận rất tốt với các thử nghiệm thực nghiệm được thực hiện trong nghiên cứu này nhằm dự đoán phản ứng động mô đun.
Từ khóa
#z-pin #composite carbon #phản ứng động mô đun #phân tích phương sai (ANOVA) #mạng nơ-ron nhân tạo (ANN)Tài liệu tham khảo
Chandrashekhar, M., Ganguli, R.: Nonlinear vibration analysis of composite laminated and sandwich plates with random material properties. Int. J. Mech. Sci. 52(7), 874–891 (2010)
Cui, H., Yasaee, M., Melro, A.R.: Dynamic inter-fibre failure of unidirectional composite laminates with through-thickness reinforcement. Compos. Sci. Technol. 176, 64–71 (2019)
Yan, W., Liu, H.Y., Mai, Y.W.: Mode II delamination toughness of z-pinned laminates. Compos. Sci. Technol. 64(13–14), 1937–1945 (2004)
Pardini, L.C.: Preformas para compósitos estruturais. Polímeros 10, 100–109 (2000)
Partridge, I.K., Cartié, D.D.: Delamination resistant laminates by Z-Fiber® pinning: Part I manufacture and fracture performance. Compos. A. Appl. Sci. Manuf. 36(1), 55–64 (2005)
Pingkarawat, K., Mouritz, A.P.: Improving the mode I delamination fatigue resistance of composites using z-pins. Compos. Sci. Technol. 92, 70–76 (2014)
Yasaee, M., Lander, J.K., Allegri, G., Hallett, S.R.: Experimental characterization of mixed mode traction–displacement relationships for a single carbon composite z-pin. Compos. Sci. Technol. 94, 123–131 (2014)
Barbosa, L.C.M., Bortoluzzi, D.B., Ancelotti, A.C.: Analysis of fracture toughness in mode II and fractographic study of composites based on Elium® 150 thermoplastic matrix. Compos. B. Eng. 175, 107082 (2019)
Gomes, G.F., de Almeida, F.A., da Cunha, S.S., Ancelotti, A.C.: An estimate of the location of multiple delaminations on aeronautical CFRP plates using modal data inverse problem. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 99(5), 1155–1174 (2018)
Bilisik, K.: Multiaxis 3D woven preform and properties of multiaxis 3D woven and 3D orthogonal woven carbon/epoxy composites. J. Reinf. Plast. Compos. 29(8), 1173–1186 (2010)
Bortoluzzi, D.B., Gomes, G.F., Hirayama, D., Ancelotti, A.C.: Development of a 3D reinforcement by tufting in carbon fiber/epoxy composites. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 100(5–8), 1593–1605 (2019)
Funari, M.F., Greco, F., Lonetti, P.: A cohesive finite element model based ALE formulation for z-pins reinforced multilayered composite beams. Procedia. Struct. Integr. 2, 452–459 (2016)
Mohamed, G., Allegri, G., Yasaee, M., Hallett, S.R.: Cohesive element formulation for z-pin delamination bridging in fibre reinforced laminates. Int. J. Solids Struct. 132, 232–244 (2018)
Kumar, N.J., Babu, P.R.: Analysis of mode I and mode II crack growth arrest mechanism with Z-fibre pins in composite laminated joint. Appl. Compos. Mater. 25(2), 365–379 (2018)
Liao, B., Zhou, J., Ai, S., Lin, Y., Xi, L., Cao, Y., Xiao, D.: Comparison of laminate thickness on the low velocity impact behaviors for z-pinned composite laminates. Int. J. Mech. Sci. 204, 106567 (2021)
Vazquez, J.T., Castanié, B., Barrau, J.J., Swiergiel, N.: Multi-level analysis of low-cost z-pinned composite joints: Part 2: Joint behaviour. Compos. A. Appl. Sci. Manuf. 42(12), 2082–2092 (2011)
Zhang, B., Allegri, G., Yasaee, M., Hallett, S.R., Partridge, I.K.: On the delamination self-sensing function of z-pinned composite laminates. Compos. Sci. Technol. 128, 138–146 (2016)
Cartié, D.D., Dell’Anno, G., Poulin, E., Partridge, I.K.: 3D reinforcement of stiffener-to-skin T-joints by z-pinning and tufting. Eng. Fract. Mech. 73(16), 2532–2540 (2006)
Zhang, X., Li, Y., Chu, Q., Xiao, J.: Experimental study on the performance of twisted fiber reinforced composite z-pin, pp. 20–25. Proceedings of the 21th International Conference on Composite Materials, Xi’an, China (2017)
Hoffmann, J., Scharr, G.: Pull-out performance of rectangular z-pins in hot-cured carbon fiber reinforced laminates. Compos. Struct. 186, 62–67 (2018)
Knaupp, M., Baudach, F., Franck, J., Scharr, G.: Impact and post-impact properties of cfrp laminates reinforced with rectangular z-pins. Compos. Sci. Technol. 87, 218–223 (2013)
Grigoriou, K., Ladani, R.B., Mouritz, A.P.: Electrical properties of multifunctional z-pinned sandwich composites. Compos. Sci. Technol. 170, 60–69 (2019)
Ravindran, A.R., Ladani, R.B., Wang, C.H., Mouritz, A.P.: Synergistic mode II delamination toughening of composites using multi-scale carbon-based reinforcements. Compos. A. Appl. Sci. Manuf. 117, 103–115 (2019)
Fan, W., Dong, J., Wei, B., Zhi, C., Yu, L., Xue, L., Li, L.: Fast and accurate bending modulus prediction of 3D woven composites via experimental modal analysis. Polym. Test. 78, 105938 (2019)
Abdellah, M.Y., Mohamed, A.F., Hasan, M.K.: Characteristic analysis: Vibration behaviour of composite laminated structures compared to monotonic materials. IJMME-IJENS. 19, 57–69 (2019)
De Borbón, F., Ambrosini, D., Curadelli, O.: Damping response of composites beams with carbon nanotubes. Compos. B. Eng. 60, 106–110 (2014)
Bortoluzzi, D.B., Oliver, G.A., Ancelotti Junior, A.C., Gomes, G.F.: An experimental dynamic analysis of z-pinned unidirectional CFRP beams. Compos. Struct. 273, 114237 (2021)
Barbosa, L.C.M., Gomes, G., Junior, A.C.A.: Prediction of temperature-frequency-dependent mechanical properties of composites based on thermoplastic liquid resin reinforced with carbon fibers using artificial neural networks. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 105(5), 2543–2556 (2019)
Di Benedetto, R.M., Botelho, E.C., Janotti, A., Junior, A.A., Gomes, G.F.: Development of an artificial neural network for predicting energy absorption capability of thermoplastic commingled composites. Compos. Struct. 257, 113131 (2021)
Parikh, H.H., Gohil, P.P.: Experimental determination of tribo behavior of fiber-reinforced composites and its prediction with artificial neural networks. In: Durability and Life Prediction in Biocomposites, Fibre-Reinforced Composites and Hybrid Composites, pp. 301–320. Woodhead Publishing (2019)
Lepšík, P., Kulhavý, P.: Design optimization of composite parts using doe method, pp. 200–205. 58th ICMD 2017 (2017)
Almeida, J.H.S., Jr., Angrizani, C.C., Botelho, E.C., Amico, S.C.: Effect of fiber orientation on the shear behavior of glass fiber/epoxy composites. Mater. Des. 1980–2015(65), 789–795 (2015)
Ibrahim, Y., Melenka, G.W., Kempers, R.: Flexural properties of three-dimensional printed continuous wire polymer composites. Mater. Sci. Technol. 35(12), 1471–1482 (2019)
Bortoluzzi, D.B., Aparecida Diniz, C., Luiz Junho Pereira, J., Francis Ribeiro, R., Jr., Ferreira Gomes, G., Carlos Ancelotti, A., Jr.: On the influence of rectangular z-pins parameters on mode II delamination resistance of through the thickness reinforced composites. Compos. Struct. p. 116509. Elsevier BV (2022). https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2022.116509
Pegorin, F., Pingkarawat, K., Daynes, S., Mouritz, A.P.: Influence of z-pin length on the delamination fracture toughness and fatigue resistance of pinned composites. Compos. B. Eng. 78, 298–307 (2015)
Koh, T.M., Isa, M.D., Feih, S., Mouritz, A.P.: Experimental assessment of the damage tolerance of z-pinned T-stiffened composite panels. Compos. B. Eng. 44(1), 620–627 (2013)
Mouritz, A.P.: Review of z-pinned composite laminates. Compos. A. Appl. Sci. Manuf. 38(12), 2383–2397 (2007)
Mouritz, A.P.: Review of z-pinned laminates and sandwich composites. Compos. A. Appl. Sci. Manuf. 139, 106128 (2020)
Kostopoulos, V., Sarantinos, N., Tsantzalis, S.: Review of through-the-thickness reinforced z-pinned composites. J. Compos. Sci. 4(1), 31 (2020)
Vazquez, J.T., Castanié, B., Barrau, J.J., Swiergiel, N.: Multi-level analysis of low-cost z-pinned composite joints: Part 1: Single z-pin behaviour. Compos. A. Appl. Sci. Manuf. 42(12), 2070–2081 (2011)
Fert, M.M.: An investigation of the mechanical performance of z-pin reinforced composites. Imperial College London (2016). (PhD Thesis)
Ravindran, A.R., Ladani, R.B., Wang, C.H., Mouritz, A.P.: Hierarchical mode I and mode II interlaminar toughening of z-pinned composites using 1D and 2D carbon nanofillers. Compos. A. Appl. Sci. Manuf. 124, 105470 (2019)
Loh, T.W., Ladani, R.B., Ravindran, A., Das, R., Kandare, E., Mouritz, A.P.: Z-Pinned composites with combined delamination toughness and delamination self-repair properties. Compos. A. Appl. Sci. Manuf. 149, 106566 (2021)
Werdine, D., Oliver, G.A., de Almeida, F.A., de Lourdes Noronha, M., Gomes, G.F.: Analysis of the properties of the self-compacting concrete mixed with tire rubber waste based on design of experiments. Structures. 33, 3461–3474 (2021)
Mouritz, A.P., Chang, P., Isa, M.D.: Z-pin composites: Aerospace structural design considerations. J. Aerosp. Eng. 24(4), 425–432 (2011)
Haykin, S.: Neural networks and learning machines. 3rd edition. Pearson Education India (2009)
Diniz, C.A., Cunha, S.S., Gomes, G.F., Ancelotti, A.C.: Optimization of the layers of composite materials from neural networks with Tsai–Wu failure criterion. J. Fail. Anal. Prev. 19(3), 709–715 (2019)
Ribeiro Junior, F.R., de Almeida, F.A., Gomes, G.F.: Fault classification in three-phase motors based on vibration signal analysis and artificial neural networks. Neural. Comput. Appl. 32(18), 15171–15189 (2020)
Ribeiro Junior, R.F., Methodoly, I.A.D.S.A., Campos, M.M., Teixeira, C.E., da Silva, L.E.B., Gomes, G.F.: Fault detection and diagnosis in electric motors using 1d convolutional neural networks with multi-channel vibration signals. Measurement. 190, 110759 (2022)