بررسی عددی و تجربی رفتار صفحه‌های ساندویچی با هسته گرانروکشسان در برابر ضربه سرعت‌کم

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی مکانیک، قطب علمی ترموالاستیسیته، صندوق پستی 4413-14875

2 تهران، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی، دانشکده مهندسی مکانیک، صندوق پستی 136-16785

چکیده

پژوهش حاضر به بررسی عددی و تجربی رفتار صفحه‌های ساندویچی در برابر ضربه سرعت‌ کم با درنظرگرفتن تراکم­‌پذیری هسته و رفتار گرانروکشسان آن می­‌پردازد. رویه­‌ها ناهمسانگرد از جنس کامپوزیت یا همسانگرد از جنس آلومینیم فرض شده‌­اند. شرایط مرزی در این بخش به شکل تکیه­‌ گاه‌­های ساده و صلب است. از نرم‌­افزار Abaqus و قابلیت­‌‌های برنامه­‌نویسی آن، شامل ایجاد مستقیم فایل ورودی و اسکریپت­نویسی Phyton برای مدل­‌سازی به روش عددی استفاده شده است. هسته­ سازه، رفتاری غیرخطی از نوع ابرگرانروکشسان داشته که برای مدل‌سازی ابرکشسانی آن از مدل ابراسفنج Ogden و برای مدل‌سازی رفتارگرانروکشسان آن از روش سری Prony استفاده شد. نوع تحلیل استفاده شده نیز دینامیکی صریح با دامنه حل مناسب درنظر گرفته شده و رفتار تابع زمان هسته به‌کمک مدل سری Prony، با استفاده از روش ابداعی جدیدی مبتنی بر روش اجزای محدود و آزمون ساده نفوذ شبه‌ایستا توسعه یافته است. با انجام آزمون‌های تجربی ضربه سرعت‌کم، نیروی حاصل از ضربه و تغییر مکان­‌های ناشی از آن­ها اندازه­‌گیری شد. از نتایج حاصل مشخص شد، با افزایش ضخامت هسته با خاصیت گرانروکشسان در سازه­‌های ساندویچی، زمان برخورد افزایش و مقدار انرژی ذخیره شده در سامانه کاهش و از طرفی مقدار انرژی میرا شده در سامانه افزایش می­‌یابد. سازه­‌ها با رویه‌­های کامپوزیتی دارای کمترین نسبت تغییرمکان رویه­ بالایی به تغییرمکان رویه­ پایینی نسبت به سازه­‌ها با رویه­‌های همسانگرد هستند. رفتار ضربه‌­ای سازه­‌ها با رویه­‌های همسانگرد هموارتر از رویه‌­های کامپوزیتی بوده و انرژی ویژه ذخیره شده در سازه­‌ها با رویه­‌های کامپوزیتی، روی تکیه­‌گاه‌­های مختلف، بیشتر از رویه‌های آلومینیمی است‌.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical and Experimental Low-Velocity Impact Behaivor of Sandwich Plates with Viscoelastic Core

نویسندگان [English]

  • Soroush Sadeghnejad 1
  • Yousef Taraz Jamshidi 2
  • Mojtaba Sadighi 1
  • Abdolreza Ohadi Hamedani 1
1 Thermoelasticity Center of Excellence, Mechanical Engineering Department, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
2 Mechanical Engineering Department, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
چکیده [English]

A numerical and experimental low-velocity impact behavior of sandwich plates have been presently studied with regard to the compressibility and viscoelasticity features of their cores. Face sheets were assumed to be anisotropic composites or isotropic aluminum materials and a viscoelastic behavior has been considered for core. The boundary conditions are assumed to be simply supported or rigid. Abaqus, as FEM software, and its python script programming feature, have been used to model the specimens. To model hyper-viscoelastic nonlinear behavior of the core, Ogden hyper-foam elasticity and Prony series approach are manipulated. To solve the numerical problem, dynamic explicit solver option with sufficient solving amplitude has been used. Prony series have been used to model the core time-dependent behavior. In conjunction with a simple indentation experiment, FEM used to formulate a novel method for finding the Prony series coefficients. By performing some low-velocity impact experiments, the impact force and displacement of the composite sandwich plates have been investigated. The results indicate that increasing the structural damping increases the contact time and missing energy and decreases the stored energy of the system. The structures with composite face sheets have a minimum ratio of upper face sheet displacement to lower face sheet displacement in comparison to those with the isotropic face sheets. Impact behavior of isotropic face sheet specimens are more flattened than that of the composite face sheets. In addition, the specific energy stored in the sandwich plates with composite face sheets, on different supports, is greater than that stored in the aluminum face sheets.

کلیدواژه‌ها [English]

  • viscoelastic core
  • low velocity impact
  • numerical modelling
  • prony series
  • experimental analysis