تحلیل عددی عملکرد بالستیکی الیاف بافته شده چند لایه با استحکام بالا و بررسی تاثیر اصطکاک بین الیاف تحت بار ضربه ای سرعت بالا

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

اصطکاک تاثیر چشمگیری در عملکرد بالستیک الیاف بافته شده دارد. در این مقاله به بررسی رفتار بالستیکی پارچه­های بافته شده از جنس تارون در برابر ضربه سرعت بالای پرتابه استوانه­ای پرداخته می­شود. از روش عددی با استفاده از دینامیک صریح نرم­افزار ABAQUS در تحلیل برخورد سرعت بالا استفاده شده است. بدین منظور برای مدل­سازی الیاف آرامید از المان­های جامد سه بعدی و جهت تعیین رفتار ماده، از مدل ماده VUMAT بر مبنای معیار آسیب تنش حداکثر با استفاده از کدنویسی در به زبانFortran استفاده شد. سپس با استفاده از این مدل تاثیر اصطکاک بین تار و پود بر جذب انرژی پرتابه مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده نشان می­دهد مقدار تنش­ها در الیاف آرامید به ضریب اصطکاک بین تار و پود بسیار حساس است. افزایش اصطکاک بین الیاف آرامید، سبب توزیع انرژی پرتابه بین تعداد بیشتری از نخ­ها می­گردد و این پخش انرژی باعث افزایش زمان نفوذ پرتابه در این الیاف می­شود. الیاف آرامید بجز در مدل تک لایه با ضریب اصطکاک بالاتر انرژی بیشتری به نسبت الیاف با ضریب اصطکاک پایین­تر جذب می­کنند. در این تحقیق به منظور اعتبار­سنجی مدل از آزمون­های تجربی استفاده شد. ضریب همبستگی بین سرعت باقی­مانده شبیه­سازی المان محدود و آزمایش تجربی 94/0 می­ باشد که نشان­دهنده ارتباط بسیار نزدیک نتایج تجربی و عددی حاضر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Pirmohammadi N., Liaghat Gh., Pol M. H., Sabouri H., Analytical experimental and numerical nvestigation of sandwich panels made of honeycomb core subjected projectile impact,Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 6, pp. 153-64, 2014.
[2]  Alavi Nia A., Zolfaghari M., Khodarahmi H., Nili M., Ghobankhani A. H., High velocity penetration analysis of eroding projectile into semi-infinite concrete target, Modares Mechanical Engineering, Vol. 13, No. 15, pp. 70-82, 2014.
[3]  Cheeseman B. A., Bogetti T. A., Ballistic impact into fabric and compliant composite laminates, Composite Structures, Vol. 61, pp. 161–73, 2003.
[4]  Babaei H., jamali A., Mirzababaie Mostofi T., Ashraf Talesh S. H., Experimental Study and Mathematical Modeling of Deformation of Rectangular Plates under Impact Load, Journal of Solid and Fluid Mechanics, Vol. 6, pp. 143–52, 2017.
[5]  Tahmasebiabdar M., Liaghat Gh., Shanazari H., Khodadadi A., Hadavinia H., Aboutorabi A., Analytical and numerical investigation of projectile perforation into ceramic-metal targets and presenting a modified theory, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 9, pp. 353-59, 2015.
[6]  Briscoe B. J., Motamedi F., The ballistic impact characteristics of aramid fabrics: the influence of interface friction. Wear, Vol. 158, No. 1-2, pp. 229–47, 1992.
[7]  Lee B. L., Walsh T. F., Won S. T., Patts H. M., Penetration failure mechanisms of armour-grade fibre composites under impact. Journal of Composite Materials, Vol. 35, pp. 1605–32, 2001.
[8]  Rebouillat S., Tribological properties of woven para-aramid fabrics and their constituent yarns, Journal of Materials Science, Vol. 33, pp. 3293–301, 1998.
[9]  Ha-Minh C., Boussu F., Kanit T., Crépin D., Imad A., Effect of frictions on the ballistic performance of a 3D warp interlock fabric: numerical analysis, Applied Composite Materials, Vol. 19, pp. 333-47, 2012.
[10] Kirkwood K. M., Kirkwood J. E., Lee Y. S., Egres Jr R. G., Wagner N. J., Wetzel E. D., Yarn pull-out as a mechanism for dissipating ballistic impact energy in Kevlar KM-2 fabric. Part I: quasi-static characterization of yarn pull-out, Textile Research Journal, Vol. 74, No. 10, pp. 920–8, 2004.
[11] Kirkwood J. E,., Kirkwood K. M., Lee Y. S., Egres Jr R. G., Wagner N. J., Wetzel E. D., Yarn pull-out as a mechanism for dissipating ballistic impact energy in Kevlar KM-2 fabric. Part II: predicting ballistic performance. Textile Research Journal, Vol. 74, No. 11, pp. 939–48, 2004.
[12] Duan Y., Keefe M., Bogetti T. A., Cheeseman B. A., Modeling the role of friction during ballistic impact of a high-strength plain-weave fabric. Composite Structures, Vol. 68, No. 3, pp. 331–7, 2005.
[13] Duan Y., Keefe M., Bogetti T. A., Cheeseman B. A., Modeling friction effects on the ballistic impact behavior of a single-ply high-strength fabric, International Journal of Impact Engineering, Vol. 31, No. 8, pp. 996–1012, 2005.
[14] Zeng X. S., Tan V. B. C., Shim V. P. W., Modelling inter-yarn friction in woven fabric armour. International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol. 66, No. 8, pp. 1309–30, 2006.
[15] Khodadadi A., Liaghat G. H., Akbari M., Tahmasebi M., Numerical and exprimental analysis of penetration into kevlar fabrics and investigation of the effective factors on the ballistic performance, Modares Mechanical Engineering, Vol. 13, No. 12, pp. 124-33, 2013.
[16] Mehrabani Yeganeh E., Liaghat Gh., Pol M. H., Experimental investigation of cylindrical projectiles nose shape effects on high velocity perforation of woven polymer composite, Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 14, pp. 309-18, 2014.
[17] Yang Y., Chen X., Investigation of energy absorption mechanisms in a soft armor panel under ballistic impact, Textile Research Journal, Vol. 87, No. 20, pp. 1-12, 2017.
[18] Hedayatian M., Liaghat Gh., Rahimi Gh., Pol M. H., Numerical and experimental analyses projectile penetration in grid cylindrical composite structures under high velocity Impact. Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 9, pp. 17-26, 2014.
[19] Hashin Z., Failure criteria for unidirectional fiber composites, Journal of applied mechanics,Vol. 47, No. 2, pp. 329-334, 1980.
[20] Wang Y., Chen X., Young R., Kinloch I., Garry W., An experimental study of ply orientations on ballistic impact resistance in multiply fabric panels, Textile Research Journal, Vol. 86, No. 1, pp. 34-43, 2016.
[21] Wang Y., Chen X., Young R., A numerical and experimental analysis of the influence of crimp on ballistic impact response of woven fabrics, Composite Structures, Vol. 140, pp. 44–52, 2016.
[22] Lim C. T., Shim V. P. W., Ng Y. H., Finite-element modeling of the ballistic impact of fabric armor, International Journal of Impact Engineering, Vol. 28, pp. 13–31, 2003.
[23] ABAQUS User Manual. Dassault Systèmes Simulia Corp. Providence, RI, USA, 2016.