بررسی اثر پدیده قفل‌شدگی برشی در تحلیل المان محدود ضربه بر صفحات کامپوزیتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

چکیده

در این مقاله مساله برخورد سرعت پایین برای ضربه‏زننده فلزی با دماغه کروی شکل بر روی صفحه کامپوزیتی مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات حاکم بر ورق طبق تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول و با استفاده از روش المان محدود گالرکین منفصل شده است. پدیده قفل شدگی برشی در مدلسازی منظور گردیده و برای غلبه بر این مشکل روشی ارائه شده که در آن ترم‏های مربوط به برش و خمش را از هم تفکیک کرده و برای رفع آن از روش انتگرال‌گیری گوسی بهره گرفته شده است. مدلسازی انجام گرفته قابلیت در نظر گرفتن دفعات متعدد بارگذاری و باربرداری را در فرآیند ضربه دارد. معادلات حرکت حاکم به صورت کوپل و با دو روش عددی نیومارک و نیکلسون حل شده است و تاثیر تغییر پارامترهای این روش‌ها به دقت مورد مطالعه قرار گرفته و مقدار بهینه برای این پارامترها انتخاب شده است. با توجه به نوع مدلسازی انجام گرفته، نتایج بدست آمده علاوه بر ورق‏های ضخیم در ورق‏های نازک نیز جواب‏های دقیقی ارایه می‏دهد. درانتها یک ورق تحت ضربه سرعت پایین دارای شرایط مرزی ترکیبی و گیردار به دقت مورد مطالعه قرار گرفته است و نمودارهای مختلف از پاسخ زمانی ورق شامل جابجایی، نفوذ، نیرو و انرژی آورده شده است.

کلیدواژه‌ها


[1] Abrate S., Impact On Composite Structures, New York, Cambridge University Press, 1998.
[2] Amaro A. M., Reis B., Magalhaes A. G., The Influence of the Boundary Conditions on Low-Velocity Impact Composite Damage, International Journal for Experimental  mechanic Vol. 47, No. 1, pp. 220-226, 2011.
[3] Shengqing Z.,  Chai G.B., Low-velocity impact response of fibre–metal laminates – Experimental and finite element analysis, Composites Science and Technology Vol. 72, No. 15, pp. 1793-1802, 2012.
[4] Li C.F., Hu N., Yin Y. J., Low-velocity impact-induced damage of continuous fiber-reinforced composite laminates. Part II. An FEM numerical model, Applied Science and Manufacturing Vol. 33, No.8, pp. 1055-1062, 2002.
[5] Roy T., Chakraborty D., Delamination in Hybrid FRP Laminates under Low Velocity Impact, Journal of Reinforced Plastics and Composites,Vol. 25, No. 18, pp, 1939-1956, 2006.
[6] Michelle S., Fatt H., Park S., Dynamic models for low-velocity impact damage of composite sandwich panel-Part B: Damage Initiation, Journalof Composite Structures, Vol. 52, No. 3, pp. 353-364, 2001.
[7] Sabouri H., Ahmadi H G.H., Liaghat Ballistic Impact Perforation into Glare Target: Experiment, Numerical Modeling and Investigation of Aluminium Stacking Sequence, International Journal Vehicle Structures & Systems Vol. 3, No. 3, pp. 178-183, 2011.
[8]  Zhang Y.,  Zhu P.,  Lai X., Finite element analysis of low-velocity impact damage in composite laminated plate, Materials and Design Vol. 27, No.6, pp. 513-519, 2006.
[9] Khalili S.M.R., Soroush M., Davar A., Rahmani O., Finite element modeling of low-velocity impact on laminated composite plates and cylindrical shells, Composite Structures, Vol. 93, No. 5, pp.  1363-1375, 2011.
[10] SUN C.T., CHEN J.K., On the Impact of Initially Stressed Composite Laminates, Journal of Composite Materials Vol.19, No. 6, pp. 490-504, 1985.
[11] Burden R. L., Faires J. D., Numerical Analysis, United States, Ninth Edition, 2010.
[12] Crook A.W., A study of some impacts between metal bodies by a piezoelectric method, Proc. Royal Soc, London, Series A, Vol. 212, No. 1110, pp. 377-390, 1952.
[13] Hughes T.J.R., Unconditionally Stable Algorithm for Non-linear Heat Conduction, Comp. Meth. Appl. Mech. Eng., Vol.10, No.2, pp. 135-139, 1977.
[14]Newmark, N.M., A Method of Computation for Structural Dynamic, ASCE Journal of Engineering Mechanics Division,  Vol. 85, pp. 67-84, 1959.
]15[ منصور درویزه ، ابوالفضل درویزه ، امین کاظمی مقدم پاسخ ضربه با سرعت کم به ورق کامپوزیت توسط روش حل دقیق، کنفرانس بین المللی مهندسی مکانیک شماره 5،صفحه 71-76، 1380.
 [16] Qian Y., Swanson S.R., A Comparison of Solution Techniques for Impact Response of Composite Plates, Composite Structures Vol. 14, No. 3, pp.177-192, 1990.
[17] Ghosh A., Sinha PK., Dynamic and impact response of damaged laminated composite plates, Aircraft Engineering and Aerospace Technology Vol. 76, No.1, pp.29-37, 2004.