مطالعه تجربی و شبیه ‌سازی عددی عملکرد کامپوزیت ترموپلاستیک پلی فنیلن سولفاید تقویت شده با الیاف کربن تحت ضربه سرعت بالای گلوله‌های با هندسه مختلف

امروزه کامپوزیت های ترموپلاستیک به علت دارا بودن استحکام بالا و وزن کم محبوبیت زیادی در صنایع مختلف پیدا کرده اند. هدف پژوهش حاضر، بررسی عملکرد بالستیکی یک کامپوزیت چهار لایه ترموپلاستیک تحت ضربه سرعت بالا می باشد. این کامپوزیت، از پلیمر پلی فنیلن سولفاید به عنوان ماده زمینه و الیاف کربن به عنوان فاز تقویت کننده بهره می برد. در این پژوهش ابتدا این کامپوزیت با لایه چینی متقارن [90.0/0.90] با استفاده از روش پرس گرم ساخته شده و سپس خواص مکانیکی آن با استفاده از تست کشش بدست آمد. سپس، تست ضربه سرعت بالا بر روی قطعات نمونه انجام شده و با به کارگیری دوربین سرعت بالا، سرعت خروجی گلوله‌ها بدست آمده است. همچنین، شبیه سازی عددی این ضربه سرعت بالا در نرم افزار المان محدود ls-dyna انجام شد و نتایج آن با داده های تجربی مقایسه و صحت سنجی گردید. در این شبیه سازی از سه گلوله با هندسه مختلف شامل سرکروی، سرتخت و مخروطی استفاده شده است. در نهایت براساس خروجی های عددی و تجربی بدست آمده مشخص گردید که کامپوزیت ساخته شده توانسته به میزان قابل توجهی از انرژی گلوله‌های مورد اصابت را جذب کند. بیشترین میزان این انرژی جذب شده در سرعت اولیه 120 متر بر ثانیه، مربوط به گلوله سرتخت به میزان 65.67 درصد و کمترین آن نیز مربوط به گلوله مخروطی به میزان 36.66 درصد می باشد.

experimental and numerical simulation study of the performance of the polyphenylene sulfide thermoplastic composite reinforced with carbon fibers under high-velocity impact of projectiles with different geometries

nowadays, thermoplastic composites have gained significant popularity in various industries due to their high strength-to-weight ratio. the aim of the current research is to investigate the ballistic performance of a four-layer thermoplastic composite under high-velocity impact. this composite utilizes polyphenylene sulfide as the matrix material and carbon fibers as the reinforcing phase. in this study, the composite was first fabricated with a symmetric layering configuration [0/90/90/0] using a hot press method, and its mechanical properties were determined through tensile testing. subsequently, high-velocity impact tests were conducted on sample specimens, and the exit velocities of the projectiles were measured using a high-speed camera. additionally, numerical simulations of these high-velocity impacts were performed using the finite element software ls-dyna, and the results were compared and validated against experimental data. in these simulations, three different projectile geometries, namely, flat-nosed, conical, and spherical, were employed. ultimately, based on the numerical and experimental outcomes, it was determined that the fabricated composite was capable of absorbing a significant amount of energy from the impacting projectiles. the highest energy absorption was observed at an initial velocity of 120 meters per second, corresponding to the flat-nosed projectile with a 65.67% absorption rate, while the lowest was associated with the conical projectile, with a 36.66% absorption rate.