Abstract
The research included a study of the effect of reinforcement with non-continuous hybrid fibers consisting of Kevlar fibers and carbon fibers with epoxy resin on the natural frequency of pipes conveying water, as well as its effect on the maximum flow speed of water through the pipes, known as the critical speed, for different boundary conditions represented by clamped–clamped and pinned–pinned. The epoxy resin was reinforced by Kevlar fibers compared with the model reinforced by carbon fibers at the same volumetric ratios. The length of the short fiber depends on the ratio between length of short fiber and critical length of short fiber as ( L/Lc = 1, 2, ….. and 20). To obtain a hybrid composite material, both carbon fibers and Kevlar fibers were combined with the matrix material at different proportions. In the hybrid model, the structure has high stiffness in withstanding tensile stress which obtained from carbon fibers in addition to that presence of kevlar fibers in the structure design gives great toughness in resisting external impacts. The calculations were carried out using the mathematical program (MATLAB) according to Rayleigh\'s approximate method. It was noted that the natural frequency of the system and the critical speed of flow are greater in the carbon fiber model than in the Kevlar and hybrid fiber models. The consequence of altering the thickness and diameter of the models on the dynamic behavior of one-meter-long pipe was investigated. The study revealed that the natural frequency and critical speed increase with increasing the thickness of the pipe wall and its diameter, according to the type of fixation. The percentage of improvement in the natural frequency for pipe with different cross sections ranges from 4.9% , 9%, 12.6% to 15.8% which rises with increasing in the volume fraction of the carbon fibers in the hybrid composite materials for different fixations. Regarding the percentage of enhancement in critical velocity which ranges from 4.9% , 9.4%, 13.2% to 16.6 % as it improves with increase in the percentage of the volume fraction of carbon fibers in the hybrid pipe. A theoretical comparison was made with research that used a model with different dimensions. The results were at an acceptable difference ratio.
Keywords
Epoxy
Fibers Carbon
Fibers Kevlar
Fluid Conveying Pipe
hybrid fibers
length ratio
Abstract
تضمن البحث دراسة تأثير التسليح بالألياف الهجينة المقطعة المكونة من ألياف الكيفلار وألياف الكربون مع راتنج الإيبوكسي على التردد الطبيعي لأنابيب نقل المياه، وكذلك تأثيره على أقصى سرعة تدفق للمياه عبر الأنابيب والمعروفة بالسرعة الحرجة، لظروف حدودية مختلفة متمثلة, مفصل - مفصل والمثبت – المثبت. تم تسليح راتنج الإيبوكسي بألياف كيفلار مقارنة بالنموذج المقوى بألياف الكربون بنفس النسب الحجمية. يعتمد طول الليف القصير على النسبة بين طول الليف القصير والطول الحرج للليف القصير كما موضح .(L/Lc=1, 2, …and 20) للحصول على مادة مركبة هجينة تم دمج كل من ألياف الكربون وألياف كيفلار مع مادة الراتنج بنسب مختلفة. في النماذج المهجنة , الهياكل تمتلك جساءة عالية لمقاومة اجهاد الشد بسبب الياف الكربون بالإضافة لذلك فان وجود الياف الكفلار في النماذج يعزز من متانة النموذج في مقاومة الصدمات الخارجية. تم إجراء الحسابات باستخدام البرنامج الرياضي (MATLAB) وفقًا لطريقة تقريب رايلي. لوحظ أن التردد الطبيعي للنظام والسرعة الحرجة للتدفق أكبر في نموذج ألياف الكربون من تلك الموجودة في نموذجي الياف الكيفلار والألياف الهجينة. تم دراسة تأثير تغيير سمك وقطر النماذج على السلوك الديناميكي لأنبوب بطول متر واحد، وقد أظهرت الدراسة أن التردد الطبيعي والسرعة الحرجة تزداد مع زيادة سمك وقطر جدار الأنبوب، وذلك تبعاً لنوع التثبيت. النسبة المئوية في تحسين التردد الطبيعي للانبوب عند مقاطع عرضية مختلفة تتراوح من4.9% , 9%, 12.6% to 15.8% حيث انها ترتفع مع زيادة الكسر الحجمي لألياف الكربون في المواد المركبة المهجنة وعند أوضاع تثبيت مختلفة. بخصوص تحسين النسبة المئوية للسرعة الحرجة التي تتراوح من 4.9% , 9.4%, 13.2% to 16.6% حيث انها تتحسن مع زيادة اكسر الحجمي لألياف الكربون في الأنبوب المهجن ، وتم إجراء مقارنة نظرية مع بحث استخدم نموذجاً بأبعاد مختلفة، وكانت النتائج بفارق مقبول.
Keywords
الألياف الهجينة، نسبة الطول.
الإيبوكسي، ألياف الكربون، ألياف الكيفلار، الأنابيب الناقلة للمائع