تحلیل عددی ضربه کم سرعت و میرایی سازه ای ورق مستطیلی پروالاستیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی

2 دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران.

چکیده

کاربرد سازه­های با ساختار متخلخل با حفره­هایی که به طور طبیعی یا ساختگی حاوی سیال هستند، در زمینه­های مهندسی متعددی مانند ورق­ها و فومهای حاوی رطوبت یا سیال میراساز انرژی، ورقهای چوبین در معرض رطوبت و نیز استخوان مطرح است. در مقاله کنونی، تحلیل پاسخ ضربه ورق پروالاستیک برای اولین بار صورت پذیرفته است. برای این منظور ابتدا معادلات ساختاری مواد پروالاستیک بر اساس نظریه بیوت ارایه شده و سپس معادلات حاکم بر ضربه ورق، بر  پایه نظریه ورق کلاسیک و قانون تماس خطی نشده هرتز، استخراج گردیده­اند. فرم اجزای محدود غیرخطی معادلات حاکم با استفاده از روش گلرکین بدست آمده و با الگوریتمی ویژه حل شده ­است. برای در نظر گرفتن وابستگی زمانی معادلات حاصله، از روش انتگرال­گیری زمانی عددی نیومارک استفاده شده است. بر پایه کد کامپیوتری نوشته شده، اثر پارامترهای گوناگون بررسی شده است. نتایج آشکار می­سازند که وجود و امکان حرکت سیال در حفره­های ساختاری، می­تواند به رفتارهایی متناقض با ورقهای عادی بینجامد. همچنین، نیروی تماس، میزان فروروی ضربه­زن، خیز نقطه وسط ورق و گشتاور خمشی ناشی از سیال درون منافذ با افزایش ضریب نفوذ افزایش می یابند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]       Vafai K., Handbook of porous media, Marcel Dekker Inc., United States, NewYork, 2000. 
[2]       Biot M., Generalized theory of acoustic propagation in porous dissipative media, Journal of Acoustic Society, Vol. 34, pp. 1254-1264, 1962.
[3]       Selvadurai A.P.S., Mechanics of poroelastic media, Springer Science, Dordrecht, 1996.
[4]       Coussy O., Mechanics and physics of porous solids. John Wiley & Sons, Ltd, United Kingdom, Chichester, 2010.
[5]       Taber, L.A., A theory for transverse deflection of poroelastic plate, Journal of Applied Mechanics, Vol. 10, pp. 628-634, 1992.
[6]       Theodorakopoulos D.D., Beskos D.E. Flexural vibration of poroelastic plates, Acta Mechanica, Vol.103, pp. 191-203, 1994.
[7]       Leclaire P., Horoshenkov K.V., Swift M.J., Hothersall D.C., The vibrational response of a clamped rectangullar porous plate, Journal of Sound and Vibration, Vol.247, pp. 19-31, 2001.
[8]       Schanz M., Busse A., Acoustic behavior of a poroelastic Mindlin plate, 17th ASCE Engineering Mechanics Conference, University of Delaware, Newark, 2004
[9]       Cederbaum G., Li L.P., Schulgasser, K., Poroelastic structures, Elsevier Science, UK, Oxford, 2000.
[10]             Swan C.C., Lakes R.S., Brand R.A., Stewart K.J., Micromechanically based poroelastic modeling of fluid flow in Haversian bone, Journal of Biomechanical Engineering, Vol. 125, pp. 25-37, 2003.
[11]    Biot M., Willis D.G., The elastic coefficient of the theory of consolidation, Journal of Applied Mechanics, Vol. 24, pp. 594-601, 1957.
[12]   Behravan Rad A., Shariyat M. Three-dimensional magneto-elastic analysis of asymmetric variable thickness porous FGM circular plates with non-uniform tractions and Kerr elastic foundations, Composite Structures, Vol. 125, pp. 558–574, 2015.
[13]   Shariyat M., Niknami A., Layerwise numerical and experimental impact analysis of temperature-dependent transversely flexible composite plates with embedded SMA wires in thermal environments, Composite Structures, Vol. 153, pp. 692–703, 2016.
[14]   Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., Zhu J.Z., The Finite Element Method: Its basis and fundamental, 6th Edition, Elsevier, 2005.
[15]   Karas K., Platten unter seitlichem stoss, Ingenieur Arch., Vol. 10, pp. 237–250, 1939.
[16]   Wu H.-Y.T., Springer G.S., Impact induced stresses, strains and delaminations in composite plates, Journal of Composite Materials, Vol. 22, pp. 533–560, 1988.
[17]   Wen P.H., Liu Y.W., The fundamental solution of poroelastic plate saturated by fluid and its applications, International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol. 34, pp. 689-709, 2010.
[18]   Shariyat M., Farzan F., Nonlinear eccentric low-velocity impact analysis of a highly prestressed FGM rectangular plate, using a refined contact law, Archive of Applied Mechanics, Vol. 83, pp. 623-641, 201.3