Numerical and Experimental study of a bio composite material reinforced with lignocellulosic fibers
Loading...
Date
2024-05-11
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
University of M'Sila
Abstract
After the signing of the Kyoto Protocol in 1997, attention gradually shifted towards sustainable
development and carbon footprint reduction, particularly in research and innovation sectors. Plant
fiber-reinforced composite materials emerged as a promising solution to address these environmental
challenges while offering improved mechanical performance and increased durability. These materials
are considered an eco-friendly alternative to traditional composites, often made from synthetic fibers
derived from non-renewable resources. By utilizing fibers from plants such as flax, hemp, jute, and
even kenaf, these materials offer significant environmental advantages. They help reduce dependence
on other resources and can contribute to reducing greenhouse gas emissions throughout their lifecycle,
from production to end-of-life use. This study focuses on the fabrication of silicone molds for creating
traction and flexion samples, as well as the construction of honeycomb structures with various
geometric patterns, using 3D printing and polylactic acid (PLA) material. The goal is to produce epoxy
and polymer bio-composites reinforced with different natural fibers such as date palm, sisal, loofah,
and jute. Epoxy samples were manufactured by inserting holes in the middle, and their mechanical
behavior was evaluated through traction tests, with numerical verification using Abaqus software. The
mechanical properties of natural fiber-reinforced bio-composites were enhanced using artificial neural
networks (ANN) and response surface methodology (RSM), demonstrating a linear correlation with
experimental results.
Description
بعد توقيع بروتوكول كيوتو في عام 1997 ، تحول الاهتمام تدريجيا نحو التنمية المستدامة وتقليل البصمة الكربونية، خاصة في مجالات البحث
والابتكار. ظهرت المواد المركبة المعززة بألياف نباتية كبديل مباشر لمواجهة هذه التحديات البيئية مع تحسين الأداء الميكانيكي وزيادة المتانة.
تعتبر هذه المواد بديلاً بيئيا للمواد المركبة التقليدية، التي غالبا ما تصنع من ألياف اصطناعية مشتقة من موارد غير متجددة. من خلال استخدام
ألياف نباتية مثل الكتان والقنب والجوت وربما الكيناف، توفر هذه المواد فوائد بيئية هامة، حيث تقلل من الاعتماد على الموارد الأخرى وتساهم
في تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة على مدار دورة حياتها، من الإنتاج إلى نهاية استخدامها. تركز هذه الدراسة على تصنيع قوالب من السيليكون
لإنتاج عينات للاختبار الميكانيكي والانحناء، بالإضافة إلى بناء هياكل النحل بأشكال هندسية متنوعة، باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ومادة
الهدف هو إنتاج مواد حيوية مركبة معززة بالإيبوكسي والبوليمرات بألياف طبيعية مختلفة مثل نخيل التمر .)PLA( البوليلاكتيك الحمضية
وسيسال واللوفا والجوت. تم تصنيع عينات من الإيبوكسي عن طريق إدراج ثقب في المنتصف، ثم تم تقييم سلوكها الميكانيكي من خلال اختبارات
الجر، مع التحقق الرقمي باستخدام برنامج أباكوس. تم تحسين الخصائص الميكانيكية للمواد الحيوية المركبة المعززة بألياف طبيعية باستخدام
شبكات العصب الاصطناعي ومنهجية استجابة السطح، مما أظهر ترابطا خطيا مع النتائج التجريبية.
Keywords
Finite Elements, ANN, RSM, Natural Fiber, Bio-composites, geometry