بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش به تحلیل عددي الاستیسیته ضربه کمسرعت ورق ساندویچی با رویههايFML پرداخته شده و تاثیر زاویه الیاف، جنس الیاف و جنس فلز در پاسخ ضربه مورد بررسی قرار گرفته است. براي این منظور، بجاي استفاده از تئوريهاي تقریبی ورق، از شبیه-سازي ضربه در نرم افزار آباکوس براي استخراج پاسخهاي ضربه بر پایه تئوري الاستیسیته استفاده گردیده است.
براي صحتسنجی، نتایج عددي با نتایج تجربی ارائه شده در مراجع دیگر مقایسه گردیده و صحت مدل عددي مورد تایید قرار گرفته است. نتایج تحلیل نشان می-دهند زاویه الیاف تاثیر بسیار ناچیزي در میزان خیز محل برخورد، مقدار نیروي تماسی، میزان جذب انرژي توسط سازه و مدت زمان برخورد داشته بگونهاي که میتوان فرض کرد این پارامترها تحت تاثیر زاویه الیاف نمیباشند
با تغییر جنس الیاف از شیشه به کربن و برم میزان نیروي برخورد افزایش و خیز محل برخورد کاهش یافته اما مدت زمان برخورد و میزان انرژي جذب شده توسط سازه بدون تغییر باقی مانده است. با تغییر جنس فلز از آلومینیوم به تیتانیوم و منیزیم میزان نیروي برخورد و میزان انرژي جذب شده توسط سازه افزایش و خیز محل برخورد و مدت زمان برخورد کاهش یافته است.
-1 مقدمه
1FMLها در واقع یک سري مواد لایهاي هستند که از ترکیب لایههاي نازك فلزات با لایههاي نازك کامپوزیتها ساخته میشوند. آنها در وزن سازه صرفهجویی میکنند و ضریب اطمینان سازه را بالا میبرند و از طرفی موجب افزایش استحکام کششی و استحکام نهایی در راستاي عرضی میشوند. مرز بین لایههاي مختلف در FMLها مانند سدهایی در مقابل خوردگی عمل میکنند علاوه بر اینکه خاصیت عایق کنندگی و میراکنندگی خوبی نیز دارند. امروزه، استفاده از ورقهاي ساندویچی در بسیاري از سازههاي دریایی، فضایی، شهري، خودروها و حتی در سازههاي متداول عمومی شایع است.
با بکارگیري این سازهها، میتوان با افزایش ناچیز وزن سازه، ممان اینرسیهاي مقاطع آن را به طور قابل توجهی افزایش و تنشهاي پدید آمده را کاهش داد. با توجه به کاربرد گسترده ورقهاي ساندویچی با رویههاي FML در ساخت اجزاي مکانیکی بکار رفته در صنایع مختلف از جمله صنایع هوافضا شناخت خواص ضربهاي این مواد همچون خواص ایستاي آنها به منظور اطمینان یافتن از قابلیت اطمینان سازه حین باربري امري لازم و ضروري است. 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 انجام پذیرفته شدهاند، تحقیقات اندکی در ارتباط با ضربه کمسرعت ورقهاي ساندویچی منتشر شدهاند.
ابریت [3] مروري بر روشهاي کلی تحلیل ضربه کمسرعت ورقهاي کامپوزیتی و ساندویچی ارائه نموده است. پالازوتو و همکاران [4]، 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]، از ترکیب روش موازنه انرژي و قانون بقاي مومنتم براي یافتن معادلات حاکم بر ضربه کمسرعت بهره جستند.
بارلاتی [6]، 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]، با بکارگیري یک روش بههنگام سازي انرژي، ضربه کمسرعت ورق ساندویچی را با بکارگیري تئوري زیگزاگ براي ورقهاي رویه مدلسازي نمودند.
لی و همکاران [8]، ضربه کمسرعت ورق ساندویچی را با استفاده ازتئوري ورق مندلین بررسی نمودند.
میونیر و شانوي [9] رفتار دینامیکی صفحات ساندویچی تقویت شده با هسته فومPVC، را بررسی نمودهاند. در پژوهش حاضر، به تحلیل عددي الاستیسیته ضربه کمسرعت ورق ساندویچی با رویههاي FML پرداخته شده و تاثیر زاویه الیاف، جنس الیاف و جنس فلز 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. 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 فوم و رویههاي کامپوزیتی 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 دوبعدي، 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. المانهاي ورق ساندویچی از نوع المانهاي حجمی مکعب مستطیلی خطی 8 گرهاي 1 انتخاب شدهاند. ضربه زننده جسمی صلب و کروي با قطر 25/4 میلیمتر و با جرم 1/8 کیلوگرم میباشد که با سرعت 3/7 متر بر ثانیه - انرژي12/5ژول - به صفحه ساندویچی برخورد میکند. المانهاي ضربهزننده از نوع المانهاي صلب چهار نقطه گرهاي٢ انتخاب شده اند. براي صحت سنجی، 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
جدول :1 خواص ورق ساندویچی
پس از صحت سنجی مدل سه بعدي بکار گرفته شده، براي تحلیل ضربه کمسرعت ورق ساندویچی با رویههاي FML، رویههاي کامپوزیتی مدل فوق به رویههایی از نوع Glare3 تغییر یافت بگونهاي که هر رویه شامل هفت لایه شامل سه لایه فلز آلومینیوم و چهار لایه کامپوزیت شیشه اپوکسی بوده که با آرایش [AL/0/90/AL/0/90/AL] مطابق شکل 3 روي یکدیگر قرار گرفتهاند. ضخامت هر لایه فلز 0/264 میلیمتر و ضخامت هر لایه کامپوزیت 0/198 میلیمتر میباشد. خواص آلومینیوم در جدول 2 و خواص کامپوزیت شیشه اپوکسی در جدول 3 بیان شده است. هسته نسبت به قبل تغییري نکرده است.
