Experimental Investigation of Impact Behavior of Balsa Core Sandwich Composites

Abstract

Sandwich composites can be exposed to different impact loads depending on their usage areas. The behavior of the structure under impact load is an important parameter in terms of design. In this study, low speed impact test was applied to sandwich structures where 4mm, 6mm, 8mm and 10mm thick balsa woods were used in the core. 8 and 12 layers of glass fiber / epoxy composite materials with an orientation angle of [±45º]s are used on the top and bottom surfaces. The effect of outer layer number and core thickness on impact behavior has been studied experimentally. Low velocity impact tests at 15J, 30J, 45J and 60J energy values were performed on sandwich materials produced by vacuum infusion method. As a result, reaction force-displacement, energy-time and co-energy graphs are examined. It was determined that the contact force increased due to the increase in the number of outer surface layers but the absorbed energy decreased. However, it has been observed that increasing the core thickness increases the energy absorbed in the sandwich structure.

Keywords

• Sandwich composite
• glass fiber/epoxy
• Balsa
• low velocity impacts
• damage

Balsa Çekirdekli Sandviç Kompozitlerin Darbe Davranışlarının Deneysel Olarak İncelenmesi

Abstract

Sandviç kompozitler, kullanım alanlarına bağlı olarak farklı darbe yüklerine maruz kalabilmektedir. Yapının darbe yükü altındaki davranışları, tasarım açısından önemli bir parametredir. Bu çalışmada, 4mm, 6mm, 8mm ve 10mm kalınlıktaki balsa odunlarının çekirdekte kullanıldığı sandviç yapılara düşük hızlı darbe testi uygulanmıştır. Alt ve üst yüzeylerde 8 ve12 tabakalı, [±45º]s yönlenme açılı cam elyaf/epoksi kompozit malzemeler kullanılmıştır. Dış yüzey tabaka sayısı ve çekirdek kalınlığının darbe davranışları üzerindeki etkisi deneysel olarak incelenmiştir. Vakum infüzyon yöntemi ile üretilen sandviç malzemelere 15J, 30J, 45J ve 60J enerji değerlerinde düşük hızlı darbe testleri yapılmıştır. Sonuçta, tepki kuvveti-deplasman, enerji-zaman ve eş enerji grafikleri incelenmiştir. Dış yüzey tabaka sayısı artışına bağlı olarak temas kuvvetinin arttığı, fakat absorbe edilen enerjinin azaldığı belirlenmiştir. Bununla birlikte, çekirdek kalınlığının arttırılması sandviç yapıda absorbe edilen enerjiyi arttırdığı gözlemlenmiştir.

Keywords

• Sandviç kompozit
• Cam elyaf/epoksi
• Balsa
• Düşük hızlı darbe
• Hasar

References

1. Arıkan V., Sandviç Kompozitlerin Onarım Parametrelerinin İncelenmesi, Doktora, Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019.
2. Soutis ., Fibre reinforced composites in aircraft construction, Progress in Aerospace Sciences, 2005, 41(2): 143-151.
3. Kaw A. K., Kompozit Malzeme Mekaniği, Cilt no:1, Elif Yayınevi, Ankara, 2006.
4. Leijten J., Bersee H. E. N., Bergsma O. K., Beukers A., Composites : Part A Experimental study of the low-velocity impact behaviour of primary sandwich structures in aircraft, Composites Part A, 2009, 40(2): 164-175.
5. Shishkina O., Lomov S. V., Verpoest I., Gorbatikh L., Structure–property relations for balsa wood as a function of density: modelling approach, Archive of Applied Mechanics, 2014, 84(1): 789-805.
6. Borrega M., Gibson L. J., Mechanics of balsa (Ochroma pyramidale) wood, Mchanics of Materials, 2015, 84(1): 75-90.
7. Tagarielli V. L., Deshpande V. S., Fleck N. A., The dynamic response of composite sandwich beams to transverse impact, International Journal of Solids and Structures, 2007, 44(7): 2442-2457.
8. Atas C., Sevim C., On the impact response of sandwich composites with cores of balsa wood and PVC foam, Composite Structures, 2010, 93(1): 40-48.

9. Karaduman Y., Önal L., Flexural behavior of commingled jute/polypropylene nonwoven fabric reinforced sandwich composites, Composites Part B, 2016, 93(1): 12-25.
10. Wang H., Ramakrishnan K. R., Shankar K., Experimental study of themedium velocity impact response of sandwich panels with different cores, Materials and Design, 2016, 99(1): 68-82.
11. Zaharia S. M., Morariu C. O., Pop M. A., Experimental Study of Static and Fatigue Behavior of CFRP-Balsa Sandwiches under Three-point Flexural Loading, BioResources, 2017, 12(2): 2673-2689.
12. Özdemir O., Öztoprak N., Kandas H., Single and repeated impact behaviors of bio-sandwich structures consisting of thermoplastic face sheets and different balsa core thicknesses, Composites Part B, 2018, 149(1): 49-57.
13. Najafi M., Ansari R., Darvizeh A., Experimental characterization of a novel balsa cored sandwich structure with fiber metal laminate skins, Iranian Polymer Journal, 2019, 28(1): 87-97.
14. Mohammadi M. S., Nairn J. A., Balsa sandwich composite fracture study: Comparison of laminated to solid balsa core materials and debonding from thick balsa core materials, Composites Part B, 2017, 122(1):165-172.
15. Dai J., Hahn H. T., Flexural behavior of sandwich beams fabricated by vacuum-assisted resin transfer molding, Composite Structures, 2003, 61(3): 247–253.
16. Silva A. D., Kyriakides S., Compressive response and failure of balsa wood, International Journal of Solids and Structures, 2007, 44(25): 8685–8717.
17. Çakır M., berberoğlu B., E-Cam Elyaf Takviyeli Epoksi Matrisli Kompozit Malzemelerin Elyaf Oranındaki Artış İle Mekanik Özelliklerindeki Değişimlerin İncelenmesi, El-Cezerî Fen ve Mühendislik Dergisi, 2018, 5(3): 734-740.
18. Ağır İ., Kıvrımsız dikişli cam elyaf kumaşlardan üretilen kompozit plakların darbe davranışlarının incelenmesi, Yüksek lisans, Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012.