Bending properties of a functionally graded polymeric composite reinforced with a hybrid nanomaterial

• Published in: The Iraqi journal for mechanical and materials engineering. Vol. 21; no. 4; pp. 302 - 319
• Main Authors: Sharif, Mahdi Mahmud Shakir, al-Khazraji, Ahmad Nayif Ibrahim, Amin, Samir Ali
• Format: Journal Article
• Language: Arabic; English
• Published: Babylon, Iraq University of Babylon, College of Engineering 31-12-2021
• Subjects: الخواص الميكانيكية; المركبات البوليمرية
• ISSN: 2076-1819; 1819-2076; 2313-3783
• DOI: 10.32852/iqjfmme.v21i4.575

In this paper, functionally graded polymer hybrid nanocomposites have been produced by silica (SiO2) nanoparticles and alumina (Al2O3) nanoparticles distributed in a matrix of epoxy during the ultra-sonication via hand lay-up method. The variation in nanoparticles volume fraction (Vf. ) has been given in the thickness direction for reaching the gradation. Each layer has a thickness of 1.2 mm through various concentrations of nanoparticles and is sequentially cast in acrylic moulds to fabricate the graded composite sheet with a 6 mm thickness. To fabricate the functionally graded layers, various concentrations of different nanoparticles (1.5% SiO2, 1% SiO2, epoxy, 2% Al2O3 and 3% Al2O3) have been used for tensile and compressive testing each isotropic layer of functionally graded material (FGM). The mechanical property that was studied for pure epoxy, isotropic and FGM was the flexural resistance. The flexural properties of FGM, isotropic nanocomposite (1% SiO2 + 2% Al2O3) and pristine epoxy, for evaluating their mechanical properties, including flexural stress-strain criteria and flexural Young's modulus, were determined via a Three-point bending test, with loading from the side of silica and alumina for the hybrid-FGM and at one side for the isotropic hybrid nanocomposite and pristine epoxy. The mechanical properties (tensile and compression) and the density of every layer were obtained for the epoxy resin and nanocomposites. They can benefit from the Finite Element Analysis (FEA) of the Three-point bending test via the Design Modeler (ANSYS workbench). The results of experiments were confirmed via building a detailed 3D FE model. Also, the advanced deformation results from the FE model were found in good agreement with the experimental outcomes.
في هذا البحث، تم إنتاج المركبات النانوية الهجينة البوليمرية المتدرجة وظيفيا بواسطة جزيئات السيليكا SiO2 النانوية و جسيمات الألومينا Al2O3 الموزعة في مصفوفة من الإيبوكسي أثناء التصوير بالموجات فوق الصوتية عبر طريقة وضع اليد. تم إعطاء الاختلاف في الكسر الحجمي للجسيمات النانوية Vf. في اتجاه السمك للوصول إلى التدرج. يبلغ سمك كل طبقة 1.2 مم من خلال تركيزات مختلفة من الجسيمات النانوية تم صبها بالتتابع في قوالب أكريليك لتصنيع الصفيحة المركبة المتدرجة بسمك 6 مم. لتصنيع الطبقات المتدرجة وظيفيا، تم أخذ تركيزات مختلفة من الجسيمات النانوية بجسيمات نانوية مختلفة 1.5 ٪ SiO2 ، 1 ٪ SiO2 ، إيبوكسي، 2 ٪ Al2O3 و 3 ٪ Al2O3 واختبارها باختبار الشد والضغط لكل طبقة من المادة المتدرجة وظيفيا. كانت الخواص الميكانيكية التي تمت دراستها للإيبوكسي النقي و الخواص للمركب المتدرج هي مقاومة الانحناء. تم تحديد الخواص الانحناء للمواد المتدرجة، و مركب النانو الخواص 1%SiO2 + 2 ٪ Al2O3 للايبوكسي النقي، لتقييم خواصها الميكانيكية، بما في ذلك معايير إجهاد الانثناء والانفعال ومعامل يونغ للانحناء، عبر اختبار الانحناء ثلاثي النقاط، باستخدام التحميل من جانب السيليكا و الألومينا. تم الحصول على الخواص الميكانيكية الشد و الضغط وكثافة كل طبقة لراتنج الايبوكسي و المركبات النانوية. يمكنهم الاستفادة من تحليل العناصر المحددة FEA لاختبار الانحناء ثلاثي النقاط عبر برنامج الانسز. تم تأكيد نتائج التجارب من خلال بناء نموذج FE ثلاثي الأبعاد مفصل. أيضا، تم العثور على نتائج التشوه المتقدم من نموذج FE في توافق جيد مع النتائج التجريبية .