بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با توجه به افزایش خطرات ناشی از انفجار، بررسی عملکرد سازهها در برابر آن از اهمیت بالایی برخوردار است. انفجارها باعث ایجاد موجهای با شدت بالا بر روی سازههای مجاور خود میشوند. سالهای اخیر از پوستههای مواد مرکب در سازههای جدید برای مقاومسازی در برابر انفجار بسیار استفاده شده است. این امر بعلت خصوصیات مکانیکی خوب این مواد از جمله مقاومت بالا نسبت به حجم، انعطافپذیری و مقاومت بالا در برابر بارهای ضربهای میباشد. بنابراین شناخت نحوه رفتار سازههایی که با این مواد ساخته میشوند در برابر بارهای ضربهای ضروری میباشد.
در عمل ممکن است به دلیل پارهای از نیازهای موجود بازشوهایی در پوسته تعبیه شود، از این رو بررسی اثر بازشو در تعیین رفتار پوستهها ضروری است. با بررسی صورت گرفته مشخص شد که با ایجاد بازشو تغییر مکان کاهش یافته است. در این پژوهش با استفاده از تحلیل عددی نرم افزار Abaqus به بررسی رفتار پوستههای مواد مرکب در برابر بارهای انفجاری پرداخته خواهد شد. بدین منظور پارامترهای مختلف تاثیرگذار بر روی رفتار مواد مرکب گرافیت اپوکسی و شیشه اپوکسی و نحوه اثرگذاری آنها مورد ارزیابی قرار خواهد گرفت. از جمله این پارامترها میتوان به نحوه بارگذاری، میزان انحنا، نحوه لایهبندی و اندازه زاویه داخلی اشاره کرد.
-1 مقدمه
پوستههای نازک مواد مرکب کاربرد متنوعی دارند. این پوستهها معمولا در صنایع فضایی، نظامی، حملونقل و ساختوسازهای عمرانی استفاده میشوند. پوستههای مواد مرکب دارای ضخامت کم و سطحی گسترده هستند و زمانی که در معرض بارهای انفجاری قرار میگیرند دچار تغییرشکلهای خارج از صفحه میشوند، لذا بررسی عوامل موثر در تغییرشکلهای خارج از صفحه ضروری میباشد و باعث شناخت بهتر و ایجاد سازههایی با مقاومت بالا میشود. تعداد زیادی تحقیق در زمینهی اثرات انفجار بر روی پوستهها وجود دارد. این مطالعات محدود به پوستههای با هندسه صفحهای نمی باشد و مطالعات گستردهای در مورد پوستههای دارای انحنا انجام شده است.
-2 کارهای انجام شده
از جمله این تحقیقات میتوان به بررسی پوستههای بدنه زیردریاییها اشاره کرد - - LeBlanc J, Shukla A, 2011 . - LeBlanc J, Shukla A, 2007 - تاثیر انحنای این سازهها بر روی مقاومت در برابر انفجار نیز مورد بررسی قرار گرفته است . - Kumar P, 2013 - تعدادی زیادی از مطالعات نیز در مورد تاثیر انفجار بر روی پاسخ فرکانسی آنها با مدلسازی عددی انجام شده است . - Prusty BG, 2001 - - Turkmen HS, 2002 - - Lee Y-S, Lee K-D, 1997 - تکالار و همکاران در زمینه نوع فیبرهای تحت بارهای انفجاری تحقیق کردهاند . - Tekalur SA, 2008 - آنها دو نوع فیبر شیشهای و کربنی را تحت بارهای با نرخ کرنش بالا و بارهای استاتیکی قرار دادهاند که تحت بار دینامیکی، مواد مرکب با فیبرهای کربنی خرابی ناگهانی از خود نشان دادهاند در حالی که مواد مرکب با فیبرهای شیشهای از خود رفتار با خرابی پیشرونده نشان دادهاند.
آرورا و همکاران تاثیر بارهای انفجاری بر روی مواد مرکب با فیبرهای شیشهای تحت انفجارهای واقعی را مورد بررسی قرار دادند - . - Arora H,2011 آنها از تکنیک تصویر برداری با سرعت بالا و آنالیز دی آی سی برای تحلیل پاسخ استفاده کردند. خرابی در اثر خمش یا کشش از یک ترک لایه بیرونی در نزدیکی لبه تکیهگاه شروع میشود در حالی که ترکهای برشی در لایههای داخلی نمایان میشود. آنها این آزمایش را با روش المان محدود شبیهسازی کردهاند.
هو فت و همکاران تاثیر انحنا در پوستههای دارای یک انحنا و دو انحنا پرداختند . - Yifei Gao , Hoo Fatt, 2011 - - Dushyanth Sirivolu, Hoo Fatt, 2015 - آنها در تحقیق خود با استفاده از نرم افزار MATLAB و معادلات لاگرانژ رفتار پوستهها را تحت بارهای انفجاری را مطالعه و سپس با استفاده از روشهای تحلیلی و نرمافزار Abaqus کار خود را صحتسنجی نمودند. در این تحقیق رفتار پوستههای با یک انحنا تحت بارهای انفجاری مورد مطالعه قرار گرفته است. بدینمنظور عوامل مختلفی همچون جنس ماده، شرایط مرزی، زاویه داخلی، شعاع داخلی، تعداد لایهها، فاصله انفجار و اثر بازشو در نظر گرفته و تاثیر هر یک از این عوامل بر حداکثر تغییرمکان ایجاد شده با کمک مدلسازی المان محدود در نرمافزار Abaqus مورد بررسی قرارگرفته است.
-3 روش تحقیق
• ماده و مدلها
پنلهای مدلسازی شده از دو جنس شیشه اپوکسی و گرافیت اپوکسی تکجهته میباشند. پنلها در سه شعاع 100، 200 و 250 میلیمتر و سه زاویه داخلی 60، 90 و 180 درجه برای بررسی تاثیر انحنا و زاویه داخلی مدلسازی شدهاند. همچنین برای مطالعه تاثیر تعداد لایه سه نوع لایهبندی 4 ، 8 و 16 لایه با زاویه بندی [0,30,45,90] در حالت چهار لایه میباشند و برای مدلهای 8 و 16 لایه همین لایهبندی تکرار شده است. در همه مدلها ضخامت هر لایه 1 میلیمتر میباشد. خصوصیات مکانیکی این دو ماده در جدول شماره 1 آورده شده است.
• بارگزاری و شرایط مرزی
در این مدلسازیها برای بررسی تاثیر فاصله انفجار بر روی پوستهها، انفجار ماده منفجره معادل یک کیلوگرم TNT در فواصل 0,15، 0,2 و 0,3 متر از نقطه مورد بررسی، شبیهسازی شده است. همچنین برای مدلها دو حالت شرط مرزی گیردار و آزاد در نظر گرفته شده است. این تکیهگاهها در تمامی لبهها مدلسازی شده است. یک نمونه از مدلها در شکل شماره 1 آورده شده است.
• آنالیز المان محدود
مدلسازی عددی با استفاده از نرمافزار Abaqus Explicit v6.12 برای نمونهها انجام شده است . - Abaqus, Inc, 2012 - در این مدلسازیها از المانهای پوسته Shell - S4R - استفاده شده است. ابعاد هر المان 2 میلیمتر و رفتار غیرخطی نیز مورد بررسی قرار گرفته، همچنین زمان تحلیل 0,015 ثانیه میباشد. برای بررسی رفتار نقطه مرکزی پوستهها بعنوان مرجع برای بررسی تغییرمکان پوسته در نظر گرفته شده است. نمونهای از نحوه لایه بندی در شکل شماره 2 آورده شده است.
