Date of Award

11-2020

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Mechanical Engineering (MSME)

Department

Mechanical Engineering

First Advisor

Abdel-Hamid Ismail Mourad

Abstract

Fibre-reinforced polymeric composites used for aerospace applications are subjected to different environmental conditions during their operational life, such as moisture and temperature, which can adversely affect their performance over time. On the other hand, the standard fabrication process of these composite aircraft components requires a certain level of in-process vacuum compaction during the composite lay-up process to ensure the escape of entrapped air between the composite layers to prevent the formation of voids, through the application of bleeders/breathers around the composite laminate known for creating a channel for air to escape through. The aim of this study is to evaluate the effect of moisture and temperature on the integrity of plain weave is woven carbon/epoxy laminated composites for both compacted and non-compacted groups, where the compacted group included the application of both in-process compactions during the composite lay-up process and the use of bleeders/breathers around the laminate, while the non-compacted group did not. Twelve-ply specimens were fabricated and immersed in water heating chambers maintained at different immersion temperatures of 40°C, 70°C and 95°C for a period that varied from one to 10 months. Mechanical, physical, and thermal properties were experimentally investigated, and the effects of temperature, moisture, and immersion time on the deterioration of the composite material were studied against both compacted and non-compacted groups. Results revealed that moisture and temperature have a deteriorative impact on the performance of the composite, and it was observed that high temperatures accelerate the degradation mechanism in the composite. An insignificant difference was observed in the thermomechanical properties between compacted and non-compacted specimens at the immersion temperatures of 40°C and 70°C, but slight degradation was observed at the immersion temperature of 95°C, which indicates that in-process compaction and application of bleeders/breathers for twelve-ply monolithic laminates may be required at high-temperature applications.

Comments

تتعرض المواد المركبة البولیمریة المقواة بالألیاف (composites Fiber reinforced polymeric ) المستخدمة في تطبیقات قطاع الطیران و الفضاء الجوي لظروف بیئیة مختلفة خلال حیاتھا التشغیلیة، مثل الرطوبة ودرجة الحرارة، والتي یمكن أن تؤثر سلباً على أدائھا بمرور الوقت. ومن جھة أخرى، تتطلب عملیة تصنیع أجزاء ھیاكل الطائرات المصنوعة من المواد المركبة ھذه على مستوى معینً من الضغط و تفریغ الھواء (compaction in-process vacuum ) أثناء عملیة التصنیع (lay-up process) لضمان خروج الھواء المحتبس بین طبقات المادة المركبة لمنع تكَوّن الفراغات (voids/porosity) یھا، من خلال تطبیق النازفات/المتنفسات (bleeders/breathers) حول الصفیحة المركبة التي تعرف بإنشاء قناة المتنفساتلخروج الھواء من خلالھا. الھدف من ھذه الدراسة ھو تقییم تأثیر الرطوبة ودرجة الحرارة على سلامة المواد المركبة المنسوجة من صفائح الكربون/ الایبوكسي لكل من المجموعتین المضغوطة وغیر المضغوطة (compacted and non-compacted) , حیث تضمنت المجموعة المضغوطة تطبیق كل من عملیات الضغط أثناء عملیة التصنیع، كما تضمنت استخدام النازفات/المتنفسات حول الصفائح، بینما لم تتضمنھا المجموعة غیر المضغوطة. تم تصنیع عینات مكونة من اثنتي عشرة طبقة وتم غمرھا في غرف تسخین المیاه محفوظة بدرجات حرارة مختلفة من: 40 درجة مئویة، 70 درجة مئویة، و 95 درجة مئویة لفترة زمنیة تتراوح من شھر إلى 10أشھر. تمت دراسة الخواص المیكانیكیة والفیزیائیة والحراریة اختباریا ودراسة تأثیرات درجة الحرارة والرطوبة وزمن الانغماس على تدھور المادة المركبة ضد كل من المجموعتین المضغوطة وغیر المضغوطة. أظھرت النتائج أن الرطوبة ودرجة الحرارة لھما تأثیر سلبي على أداء المواد المركبة، كما لوحظ أن ارتفاع درجات الحرارة تسرع من آلیة التحلل في المواد المركبة. أشارت النتائج إلى وجود اختلاف ضئیل في الخواص الحراریة المیكانیكیة بین العینات المضغوطة وغیر المضغوطة عند درجات حرارة الغمر البالغة 40 درجة مئویة و70 درجة مئویة، ولكن لوحظ تدھور طفیف عند درجة حرارة الغمر البالغة 95 درجة مئویة، مما یشیر إلى أن الضغط أثناء عملیة التصنیع وتطبیق النازفات/المتنفسات للصفائح المكونة من اثني عشر طبقة قد یكون مطلوباً في تطبیقات درجات الحرارة العالیة.

Download

Included in

Engineering Commons

COinS