بررسی تجربی اثر نانولوله‌های کربنی بر بار بحرانی کمانش ستونهای آلومینیومی تقویت شده با کمربند کامپوزیتی

در این پژوهش اثر افزودن درصدهای مختلف نانولوله کربنی درون رزین اپوکسی بر بار بحرانی کمانش ستون های آلومینیمی تقویت شده با کمربند کامپوزیتی الیاف شیشه/ اپوکسی به روش تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. ستونها دارای مقطع دایره‌ای توپر بوده و بار فشاری به صورت محوری به نمونه‌ها اعمال شده است. به منظور دستیابی به بار بحرانی، مقادیر 0/25، 0/5 و 1 درصد وزنی نانولوله کربنی درون رزین اپوکسی همگن‌سازی شد. تقویت‌کننده‌های کامپوزیتی به صورت سه لایه، و زاویه الیاف در تمامی لایه‌ها هم‌جهت با راستای محور ستون در نظر گرفته شد. نمونه‌ها در شرایط دوسر گیردار به یک دستگاه یونیورسال هیدرولیک اینسترون بسته شد و نمودارهای نیروی فشاری بر حسب جابجایی در راستای محوری برای هر نمونه ترسیم گردید. از هرجنس کمربند کامپوزیتی تعداد سه نمونه مورد آزمایش قرار گرفت و میانگین نتایج برای بار بحرانی کمانش تعیین گردید. نتایج حاکی از آن است که افزودن 1 درصد وزنی نانولوله کربنی به رزین اپوکسی در کمربند کامپوزیتی می تواند بار بحرانی کمانش ستون را در حدود 45 درصد نسبت به نمونه دارای کمربند کامپوزیتی فاقد نانولوله کربنی افزایش دهد. این افزایش را می‌توان ناشی از پراکندگی مناسب نانولوله‌های کربنی درون ماده و زمینه و ایجاد چسبندگی مناسب بین کمربند نانوکامپوزیتی و ستون آلومینیومی دانست. همچنین به منظور راستی آزمایی نتایج آزمایش، نمونه ستون آلومینیمی با کمربند کامپوزیتی الیاف شیشه/ اپوکسی در نرم افزار آباکوس مدلسازی شد و کمانش استاتیکی آن شبیه‌سازی گردید. نتایج شبیه‌سازی، تطابق خوبی را در تخمین بار بحرانی کمانش با نتایج تجربی نشان می‌دهد.

Effect of carbon nanotubes on the critical buckling load of composite reinforced aluminium columns: An experimental approach

An experimental study on the critical buckling load of aluminum columns reinforced with glass/epoxy composite belts containing carbon nanotubes (CNTs) are presented in this paper. The columns with solid circular cross section are subjected to axially pressure load. Aluminum column specimens reinforced with glass/epoxy and CNT/glass/epoxy are fabricated. CNTs with 0.25, 0.5 and 1 weight percent (wt.%) are dispersed into the epoxy resin. Three layers composite belts are wrapped around the column. Glass fibers are placed along the column axes in each layer. The columns are tested under fix ended boundary conditions utilizing Instron hydraulic universal testing machine. Pressure load with respect to the end shortening are plotted for each specimen. To achieve the average value of critical buckling load, four specimen is examined for each composite belt material. Results show that when 0.5%CNT/glass/epoxy composite belt is used to reinforce the column, the critical buckling load of the column increases by 45% with respect to the column with glass/epoxy composite belt. The proper dispersion of CNTs into the matrix material along with appropriate adhesion between the nanocomposite belt and the aluminum column lead to the increase of buckling load. Furthermore, to validate the results, buckling analysis of aluminum column reinforced with glass/epoxy composite belt was done in Abaqus finite element software. Finite element simulation confirms the experimental results obtained.