بخشی از مقاله
چکیده
در پژوهش کنونی، به تحلیل عددي ضربه کمسرعت خارج از مرکز ورق ساندویچی با رویههاي کامپوزیتی پرداخته شده و تاثیر سفتی هسته در پاسخ ضربه مورد بررسی قرار گرفته است . براي این منظور، بجاي استفاده از تئوريهاي تقریبی ورق، از شبیهسازي ضربه در نرم افزار آباکوس براي استخراج پاسخهاي ضربه بر پایه تئوري الاستیسیته استفاده گردیده است.
براي صحت سنجی ، نتایج عددي با نتایج تجربی ارائه شده در مراجع دیگر براي ضربه مرکزي مقایسه گردیده و صحت مدل عددي مورد تایید قرار گرفته است. نتایج تحلیل نشان میدهند که هر چه محل برخورد ضربهزننده از مرکز دور و به تکیهگاهها نزدیکتر شود از آنجایی که تاثیر تکیهگاهها بر المانهاي محل برخورد بیشتر میگردد، میزان خیز محل برخورد کاهش و مقدار نیروي تماسی و میزان جذب انرژي توسط سازه افزایش مییابد، در حالیکه مدت زمان برخورد ثابت باقی مانده است.
بنابراین، آسیب پدید آمده در ضربه خارج از مرکز بیشتر است. از طرفی با کاهش سفتی هسته میزان نیروي برخورد و انرژي جذب شده توسط سازه کاهش یافته اما خیز محل برخورد و مدت زمان برخورد افزایش مییابد. در پژوهشی دیگر مشاهده شد که با توجه به نرم بودن هسته، رویه کامپوزیتی پایینی ورق ساندویچی نقشی در تحمل نیرو نداشته در نتیجه با حذف هسته و اتصال دو رویه به طور صلب به یکدیگر، میزان نیروي برخورد ثابت مانده است، در صورتیکه انرژي جذب شده توسط سازه در حین برخورد کاهش داشته اما خیز محل برخورد و مدت زمان برخورد افزایش داشته است.
-1 مقدمه
ورقهاي ساندویچی کاربرهاي زیادي در سازههاي دریایی، فضایی، شهري، خودروها و حتی در سازههاي متداول عمومی یافتهاند. نسبت استحکام به وزن بالاي سازه و میراسازي و عایقسازي ارتعاشات و ضربه سازه، از جمله مزایاي بکارگیري این ورقها میباشند.
با وجود آنکه پژوهشهاي زیادي در ارتباط با ورقهاي تک لایه یا چند لایه کامپوزیتی و نیز ورقهاي تک لایه ساخته شده از مواد هدفمند 2]و[1 انجام پذیرفته شدهاند، تحقیقات اندکی در ارتباط با ضربه کمسرعت ورقهاي ساندویچی منتشر شدهاند.
ابریت[3] 1 مروري بر روشهاي کلی تحلیل ضربه کمسرعت ورقهاي کامپوزیتی و ساندویچی ارائه نموده است. پالازوتو و همکاران[4] 2، با بهکارگیري سازگاري هندسی میان سطح ضربهزن و سطح رویه بالائی در هر لحظه از زمان و فرض هسته به عنوان تکیهگاه الاستیک، رابطه تماس ویژهاي ارائه نمودند.
فو و همکاران[5] 3، از ترکیب روش موازنه انرژي و قانون بقاي مومنتم براي یافتن معادلات حاکم بر ضربه کمسرعت بهره جستند. بارلاتی[6] 4، مسئله ضربه کمسرعت را با یافتن پاسخهاي کلی سازه، با در نظر گرفتن توزیع فشار تماس ویژه براي شبیهسازي قانون تماس هرتز بررسی نمود.
اکاردي و فریرو[7] 5، با بکارگیري یک روش بههنگامسازي انرژي، ضربه کمسرعت ورق ساندویچی را با بکارگیري تئوري زیگزاگ براي ورقهاي رویه مدلسازي نمودند. هراپ و پالازوتو[8] 1، ضربه کمسرعت ورق ساندویچی را بر پایه تئوري ساده شده الاستیسیته مورد بررسی قرار داده و به گونهاي قانون تماس هرتز را بازسازي نمودند.
لی و همکاران[9] 2، ضربه کمسرعت ورق ساندویچی را با استفاده ازتئوري ورق مندلین بررسی نمودند.
مرور کوتاه مقالات منتشره آشکار میسازد که تمامی پژوهشهاي انجام شده در ارتباط با ضربه کمسرعت ورق، تنها پاسخ ورق به ضربه مرکزي را در بر میگیرند. در پژوهش کنونی، به تحلیل اجزاء محدود ضربه کمسرعت خارج از مرکز ورق ساندویچی با رویههاي کامپوزیتی پرداخته شده و تاثیر سفتی هسته در پاسخ ضربه مورد بررسی قرار گرفته است. براي استخراج نتایجی دقیق که بتوان از آنها براي صحهگذاري نتایج تئوري آینده استفاده نمود، از شبیهسازي ضربه در نرم افزار آباکوس براي استخراج پاسخهاي ضربه بر پایه تئوري الاستیسیته استفاده گردیده است.
-2 مدلسازي عددي
ورق ساندویچی مورد نظر، صفحهاي مربعی با ابعاد 76/2×76/2میلیمتر مربع میباشد. مدل هندسی ورق ساندویچی در شکل 1 نشان داده شده است. همانطور که مشخص است دستگاه مختصات در مرکز این ورق مربعی به ضلع a قرار دارد. هر رویه کامپوزیتی و شامل شش لایه بوده و ضخامت هر لایه 0/264 میلیمتر میباشد. هسته نیز از یک لایه با ضخامت 12/7میلیمتر و از فوم تشکیل شده است. خواص رویههاي کامپوزیتی و فوم مورد استفاده در جدول 1 آمده است. این مجموعه با آرایش [02/902/02/core/02/902/02]روي یکدیگر قرار گرفته و ضخامت نهایی ورق ساندویچی 15/868میلیمتر میباشد.
ورق ساندویچی بصورت سهبعدي مدل شده است. به بیان دیگر، بجاي استفاده از المانهاي دو بعدي، براي مدلسازي اجزاء محدود ورق ساندویچی از المانهاي سهبعدي استفاده شده است. لذا نتایج، بر پایه نتایج تئوري ورق استخراج نشده و بر اساس تئوري الاستیسیته سهبعدي بدست میآیند. شرایط تکیهگاهی ورق ساندویچی از نوع ساده انتخاب شدهاند.
المان هاي ورق ساندویچی از نوع المانهاي حجمی مکعب مستطیلی خطی 8 گرهاي3 انتخاب شدهاند. ضربهزننده جسمی صلب و کروي با قطر 25/4 میلی متر و با جرم 1/8 کیلوگرم میباشد که با سرعت 3/7 متر بر ثانیه - انرژي12/5ژول - به ورق ساندویچی برخورد میکند. المانهاي ضربهزننده از نوع المانهاي صلب چهار نقطه گرهاي4 انتخاب شده اند.
براي صحتسنجی، نتایج عددي بدست آمده به همراه نتایج تجربی ارائه شده در مرجع [10] در شکل 2 مقایسه گردیدهاند. شکل 2 بیانگر صحت مدل عددي اجزاء محدود بکار گرفته شده میباشد.
شکل :1 مدل هندسی ورق ساندویچی
شکل:2 صحت سنجی مدل عددي با نمونه تجربی
