مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تحلیلی و عددی صفحات کامپوزیتی تحت بارگذاری ضربه‌ای سرعت پایین با پرتابه‌های متفاوت

نویسندگان
1 دانشگاه ولیعصر(عج)
2 کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه ولی عصر(عج)، رفسنجان
چکیده
در پژوهش حاضر اثر شکل پرتابه بر روی پاسخ صفحات کامپوزیتی ارتوتروپیک به روش تحلیلی و عددی برای دو حالت بدون‌لایه‌لایه‌شدگی و با ‌لایه‌لایه‌شدگی مورد بررسی قرار گرفته است. در روش تحلیلی از مدل جرم و فنر استفاده شده و روش جدیدی برای بررسی برخورد دو پرتابه تخت و مخروطی ارائه شده است. در روش عددی برخورد انواع پرتابه‌ها به ورق با استفاده از بسته اجزا محدود انسیس و ال اس داینا شبیه‌سازی شده است. کامپوزیت مورد استفاده از جنس کربن/اپوکسی است و ضخامت صفحه در اندازه‌های 6 , 4 ,2 میلی‌متر بررسی شده است. جرم ضربه‌زننده 3گرم و سرعت برخورد برای هر ضخامت ورق متفاوت می‌باشد. برای بررسی اثر شکل پرتابه سه نوع ضربه‌زننده کروی، مخروطی و استوانه ای سر تخت مدلسازی شده است. زمان برخورد، بیشینه و تاریخچه جابه‌جایی مرکز ورق و نیروی تماس برای سه ضربه‌زننده مختلف بدست آمده و با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج عددی و تحلیلی بدست آمده در این پژوهش با یکدیگر مقایسه شده است و نتایج دارای تطابق و همگرایی خوبی هستند. طبق نتایج بدست آمده در همه پرتابه‌ها، بیشینه جابه‌جایی در مرکز ورق در هنگامی که لایه‌لایه‌شدگی اتفاق می‌افتد، بیشتر از زمانی‌ست که آسیبی رخ نمی‌دهد. همچنین طبق نتایج بدست‌آمده بیشینه جابه‌جایی در مرکز ورق برای هر دوحالت با و بدون لایه‌لایه شدگی برای پرتابه تخت در مقایسه با دیگر پرتابه‌ها کمتر است و بلعکس بیشینه نیروی تماس برای هر دو حالت با و بدون لایه‌لایه شدگی برای پرتابه تخت بیشتر است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Analytical and Numerical study of composite plates under impact loading at low velocity with different strikers

نویسنده English

Marzieh Hosseini 2
2 Department of Mechanical Engineering, Vali-e-Asr University of Rafsanjan, Iran
چکیده English

In this research the influence of the striker shape on orthotropic composite plates for states, no damage (delamination) and damaged (delamination) are studied. In the analytical method, the spring mass system is used and new analytical model for flat and conical strikers are investigated. In the numerical method, the impact of different strikers on the composite laminate is simulated by using of finite element package (AnsysLs Dyna). These studies have been done on plates made of carbon and epoxy and the sheet thickness has been investigated in the size of 2, 4 and 6 mm. The striker mass is 3 g and its velocity for each thickness is different. To investigate the effects of the striker shape, three nose shapes spherical, conical and cylindrical with flat nose are modeled. The impacting time, the displacement time history and the maximum central deflection, and the contact force for all strikers are obtained and compared with each other. The results of analytical model are good agreement with numerical simulation. According to the results, when the delamination occurs, the maximum central deflection is more than once that damage dose not occurs. According to the results, the maximum central deflection of the flat striker on for both cases, with and without delamination, is less than the other strikers, conversely, the maximum contact force is more than the other strikers.

کلیدواژه‌ها English

Composite laminate
Small mass impact
Numerical simulation
Analytical modeling
Striker shape
[1] T. W. Shyr, Y. H. Pan, Impact resistance and damage characteristics of composite laminates, Composite Structure, Vol. 62, No. 2, pp. 193–203, 2003.
[2] S. Abrate, Modeling of impacts on composite structures, Composite Structures, Vol. 51, No. 2, pp. 129‐138, 2001.
[3] S. Abrate, Impact on laminated composites: Recent advance, Applied Mechanics Review, Vol. 47, No. 11, pp. 517‐544, 1994.
[4] R. Olsson, Mass criterion for wave controlled impact response of composite plates, Composites Part A, Vol. 31, No. 8, pp. 879–887, 2000.
[5] R. Olsson, Closed form prediction of peak load and delamination onset under small mass impact, Composite Structures, Vol. 59, No. 3, pp. 341–349, 2003.
[6] E. Frulloni, J. M. Kenny, P. Conti, L. Torre, Experimental study and finite element analysis of the elastic instability of composite lattice structures for aeronautic applications, Composite Structure, Vol. 78, No. 4, pp. 519–528, 2007.
[7] R. Olsson, Analytical model for delamination growth during small mass impact on plates, International Journal of Solids and Structures , Vol. 47, No. 21, pp. 2884–2892, 2010.
[8] R. Paknejada, F. Ashenai Ghasemi, K. Malekzadeh Fard, Response of fullyclamped composite laminated plate subjected to low velocity impact using Galerkin method, Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 1, pp. 45-50, 2014. (In Persian فارسی(
[9] J. Zhang, X. Zhang, Simulating low-velocity impact iduced delamination in composites by a quasi-static load model with surface-based cohesive contact, Composite Structures, Vol. 125, No. 1, pp. 51-57, 2015.
[10] K. Zouggar, F. B. Boukhoulda, B. Haddag, M. Nouan, Numberical and experimental investigations of S-Glass/Polyester composite laminate plate under low energy impact, Composites, Parte B: Engineering, Vol. 89, No. 7, pp. 169-186, 2016.
[11] S. Seifoori, Molecular dynamics analysis on impact behavior of carbon nanotubes, Applied Surface Science, Vol. 326, No. 1, pp. 12–18, 2015.
[12] S. Seifoori, H. Hajabdolahi, Impact behavior of single-layered graphene sheets based on analytical model and molecular dynamics simulation, Applied Surface Science, Vol. 351 , No. 7, pp. 565–572, 2015.
[13] R .Ghajar, A .Rassaf, Effect of impactor shape and temperature on the behavior of E-glass/epoxy composite laminates, Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 10, pp.1-8, 2014. (In Persian فارسی(
[14] M. Ekrami1, H. Ahmadi, M. Bayat1, H. Sabouri, Experimental study of projectiles with flat, conical and hemispherical nose shapes on low velocity impact on GLARE 3, Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 7, pp. 109-118, 2017. (In Persian فارسی(
[15] H. Suemasu, O. Majima, Multiple delaminations and their severity in circular axisymmetric plates subjected to transverse loading, Journal of Composite Materials, Vol. 30, No. 4, pp. 441–453, 1996.
[16] R. Olsson, M. V. Donadon, B. G. Falzon, Delamination threshold load for dynamic impact on plates, International Journal of Solids and Structures, Vol. 43, No. 10, pp. 3124–3141, 2006.
[17] S. P. Timoshenko, Journal of Applied Mathematics and Physics, Vol. 62 , No. 1, pp. 198–209, 1913.