تحلیل دینامیکی ضربه سرعت پایین ورق ساندویچی با رویه های کامپوزیتی و هسته انعطاف پذیر وابسته به دما

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

2 استادیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی علوم و فناوری‌های زیر دریا، ایران

چکیده

در این مقاله، تحلیل دینامیکی ضربه سرعت پایین یک ورق ساندویچی با رویه‌های چندلایه کامپوزیتی و هسته انعطاف‌پذیر تحت شرایط دمایی بررسی شده است. بدین منظور اثرات گرمایی و خواص هسته وابسته به دما در نظر گرفته شده است. در این تحقیق معادلات حرکت، بر مبنای یک فرمولاسیون المان محدود هیبریدی لایه‌گون- تک‌لایه با در نظر گرفتن اثرات گرمایی استخراج شده است که در آن تعداد مجهولات مستقل از تعداد لایه‌ها می‌باشد. این فرمولاسیون در محدوده کاری فرمولاسیون واحد کررا (کوف) می‌باشد. فرمولاسیون واحد کوف با استفاده از تغییر مرتبه بسط و همچنین تعریف متغیرها در راستای ضخامت، بسیاری از نظریه‌ها را به شکل واحد متحدالشکل می‌سازد. در این تحقیق به منظور برقراری پیوستگی تنشهای عرضی بین لایه‌ای از نظریه تغییراتی مختلط رایزنر استفاده شده است و همچنین برای لحاظ کردن اثرات گرمایی، کرنشها به شکل غیرخطی در نظر گرفته شده‌اند. در این پژوهش به منظور مدلسازی ضربه، با استفاده از یک مدل جرم و فنر دو درجه آزادی و همچنین قانون خطی سازی چوی، یک مدل جرم و فنر اطلاح شده در برخورد سرعتهای پایین پیشنهاد شده است نتایج حاصل از این مدلسازی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده که بیانگر دقت بالای مدل ارائه شده می‌باشد. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش دما، به شکل چشمگیری نیروی ضربه کاهش و زمان ضربه افزایش می‌یابد. در این تحقیق نتایج جدیدی بر حسب شرایط دمایی متفاوت، نسبت منظر، نسبت ضخامت رویه‌ها و همچنین انرژی اولیه ضربه زننده ارائه شده است.       

کلیدواژه‌ها


[1] Koller M.G., Elastic impact of spheres on sandwich plates, J. App. Math.  Phy., Vol. 37, 1986.
[2] Nemes JA., Simmonds KE., Low Velocity Impact Response of Foam-Core Sandwich Composites, J. Comp. Mate., Vol. 26, pp. 500-519, 1992.
[3] Abrate S., Localized Impact on Sandwich Structures With Laminated Facings,  J. app. Mech., vol. 50, pp. 69-82, 1997.
[4] Hoo Fatt M.S., Park K.S., Dynamic Models for Low-Velocity Impact Damage of Composite Sandwich Panels-Part B: Damage Initiation. Comp. Struc., Vol. 52, pp. 353-364, 2001.
[5] Hoo Fatt M.S., Park K.S., Dynamic Models for Low-Velocity Impact Damage of Composite Sandwich Panels-Part A: Deformation,  Comp. Struc. , Vol. 52, pp. 335-351, 2001.
[6] Koissin V., Skvortsov V., Krahmalev S., Shilpsha A., The Elastic Response of Sandwich Structures to Local Loading, Comp. Struc., Vol. 63, pp. 375-385, 2004.
[7] Yu J., Wang E., Li J., Zheng Z., Static and low-velocity impact behavior of sandwich beams with closed-cell aluminum-foam core in three-point bending, Int. J. Imp. Eng., Vol. 35, No. 8, pp. 885-894, 2008.
[8] Qin Q.H., Wang T.J., Low-velocity heavy-mass impact response of slender metal foam core sandwich beam, Comp Struc. Vol. 93, No. 6, pp. 1526-1537, 2011.
[9] Matsunaga H., Free vibration and stability of angle-ply laminated composite and sandwich plates under thermal loading, Comp Struc., Vol. 77, pp. 249–262, 2007.
[10] Frostig Y., Thomsen O.T., On the free vibration of sandwich panels with a transversely flexible and temperature-dependent core material – Part I: Mathematical formulation, Comp. Sci. Tech., Vol. 69, pp. 856–862, 2009.
[11] Frostig Y., Thomsen O.T., On the free vibration of sandwich panels with a transversely flexible and temperature-dependent core material – Part II: Numerical study, Comp. Sci. Tech, Vol. 69, pp. 863–869, 2009.
[12] Carrera E., A class of two-dimensional theories for anisotropic multilayered plates analysis, Atti Accad Sci Torino Mem Sci Fis, 19–20,1–39, 1995.
[13] Zhang S., Dulieu-Barton J.M., Fruehmann R.K., Thomsen O.T., A Methodology for Obtaining Material Properties of Polymeric Foam at Elevated Temperatures, Exp. Mech., Vol. 52, pp. 3–15, 2012.
[14] Reddy J.N., An Introduction to the finite element method, 2nd ed, McGraw-Hill, New York, 1993.
[15] Abrate S., 1991. Impact on Laminated Composite Materials, Appl. Mech. Rev. 44, 155-190.
[16] Khalili M.R., Analysis of the Dynamic Response of Large Orthotropic Elastic Plates to Transverse Impact and Its Application to Fiber Reinforced Plates, Ph.D. Thesis, Indian Institute of Technology, Delhi. 1992.
[17] Khalili M.R., Malekzadeh K, Mittal R.K, Effect of physical and geometrical parameters on transverse low-velocity impact response of sandwich panels with a transversely flexible core,Comp. Struc. Vol. 77, pp. 430-443,  2007.
[18] Choi I.H., Lim C.H., Low-velocity impact analysis of composite laminates using linearized contact law, Comp. Struc., Vol. 66, pp. 125-132, 2004.
[19] Shivakumar K.N., Elber W., Iiig W., "Prediction of Impact Force and Duration due to Low-Velocity Impact on Circular Composite Laminates,  J. App. Mech., Vol. 52, pp. 674-680, 1985.
[20] Kulkarni S.D., Kapuria S., "Free vibration analysis of composite and sandwich plates using an improved discrete Kirchhoff quadrilateral element based on third order zigzag theory", Comput Mech. Vol. 42, No. 6, pp. 803–24, 2008
[21] Carrera E., Brischetto S., A survey with numerical assessment of classical and refined theories for the analysis of sandwich plates, Applied Mechanics Reviews, 62, 010803 (17 pages), 2009.