مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تشابه محدود در رفتار دینامیکی نرخ بالای سازه ها تحت اثر بارهای ضربه ای

نویسندگان
حامد صادقی 1
مجید علی طاولی 1
ابوالفضل درویزه 2
1 دانشگاه گیلان
2 عضو هیئت علمی/دانشگاه گیلان
چکیده
در مقاله حاضر، مدلی معادل با ابعاد متفاوت و همچنین با ابعاد و ماد‌ه متفاوت‌ در مقایسه با جسم اصلی برای سازه‌های حساس به نرخ کرنش تحت ضربه نرخ بالا با استفاده از روش بدیع تشابه محدود ارائه شده است. روش تشابه محدود این امکان را فراهم می‌سازد که آزمایش روی مدل انجام گیرد. در این روش با استفاده از اصول موضوعی (قانون بقای جرم، قانون بقای مومنتوم، قانون بقای انرژی و قانون بقای آنتروپی) که همواره برای هر سیستمی صادق است، مشخصات مدل تعیین می‌شود و تعمیم نتایج مدل به جسم اصلی امکان‌پذیر می‌گردد. روابط برای هر دو مورد اسکِیلینگ ابعادی و اسکِیلینگ همزمان ابعادی/ماده‌ای سازه‌های حساس به نرخ کرنش ارائه گردیده است. به منظور بررسی کارآیی روابط ارائه شده، نتایج عددی برای ورق‌های دایروی تحت ضربه تعیین شده‌اند. لازم به ذکر است که نتایج عددی با استفاده از نرم‌افزار المان محدود اِل‌اِس-داینا به دست آورده شده‌اند که در طی آن، اثرات نرخ کرنش با استفاده از روابط ساختاری کوپر-سیموندز و جانسون-کوک در نظر گرفته شده است. نتایج حاکی از آن است که ورق اسکِیل شده با ابعاد ده برابر کوچکتر و همچنین ساخته شده از ماده متفاوت نسبت به ورق اصلی، پاسخ‌های ورق اصلی را با دقت بسیار مطلوبی پیش‌بینی می‌نماید.
کلیدواژه‌ها
اسکِیلینگ
تشابه محدود
نرخ کرنش
ضربه
ورق

موضوعات

عنوان مقاله English

Finite similitude in high rate dynamic behavior of structures under impact loads

نویسندگان English

hamed sadeghi 1
Majid Ali Tavoli 1
Abolfazl Darvizeh 2
1 Guilan university
چکیده English

At present paper, an equivalent model with different dimensions and also with different dimensions and material in comparison with main body for strain rate sensitive structures subjected to high rate loading is presented by using the novel finite similitude method. The finite similitude method provides performing a test on the model instead of the original sample. This method is used to obtain the properties of model and to reverse the obtained results for model to main body by using the principles of nature (the law of conservation of mass, the law of conservation of momentum, the law of conservation of energy and the law of conservation of entropy) which is always true for any system. The relationships for both pure dimensional and simultaneously dimensional/material scaling of strain rate sensitive structures are presented. To evaluate the efficiency of the proposed relationships, the numerical results are obtained for impacted circular plates. It should be mentioned that the numerical results are obtained by using the finite element software LS-Dyna in which the strain rate effects are considered into account by using the Cowper-Symonds and Johnson-Cook constitutive equations. The results indicate that the scaled plate to one tenth of its original dimensions and also made of different material in comparison with original plate predicts the response characteristics of the original plate with a very good accuracy.

کلیدواژه‌ها English

Scaling
Finite Similitude
Strain rate
Impact
Plate
[1] N. Jones, Structural Impact, Second Edition, pp. 479-510, Cambridge: Cambridge University Press, 2012.
[2] E. Booth, D. Collier, J. Miles, Impact scalability of plated steel structures, In: N. Jones, T. Wierzbicki, editors, Structural Crashworthiness, London: Butterworths, pp. 136-174, 1983.
[3] P. Jiang, CJ. Tian, RZ. Xie, DS. Meng, Experimental investigation into scaling laws for conical shells struck by projectiles, International Journal of Impact Engineering, Vol. 32, pp. 1284-1298, 2006.
[4] RE. Oshiro, M. Alves, Scaling impacted structures, Archive of Applied Mechanics, Vol. 74, pp. 130-145, 2004.
[5] M. Alves, RE. Oshiro, Scaling the impact of a mass on a structure, International Journal of Impact Engineering, Vol. 32, pp. 1158-1173, 2006.
[6] RE. Oshiro, M. Alves, Scaling of cylindrical shells under axial impact, International Journal of Impact Engineering, Vol. 34, pp. 89-103, 2007.
[7] RE. Oshiro, M. Alves, Scaling of structures subject to impact loads when using a power law constitutive equation, International Journal of Solids and Structures, Vol. 46, pp. 3412-3421, 2009.
[8] LF. Trimiño, DS. Cronin, Non-direct similitude technique applied to the dynamic axial impact of bonded crush tubes, International Journal of Impact Engineering, Vol. 64, pp. 39-52, 2014.
[9] M. Alves, RE. Oshiro, Scaling impacted structures when the prototype and the model are made of different materials, International Journal of Solids and Structures, Vol. 43, pp. 2744-2760, 2006.
[10] LM. Mazzariol, RE. Oshiro, M. Alves, A method to represent impacted structures using scaled models made of different materials, International Journal of Impact Engineering, Vol. 90, pp. 81-94, 2016.
[11] M. Ramu, VP. Raja, PR. Thyla, Establishment of structural similitude for elastic models and validation of scaling laws, KSCE Journal of Civil Engineering, Vol. 17, No. 1, pp. 139-144, 2013.
[12] LM. Mazzariol, M. Alves, Experimental study on scaling of circular tubes subjected to dynamic axial crushing using models of different materials, 22nd International Congress of Mechanical Engineering, Ribeirão Preto, Brazil, November 3-7, 2013.
[13] K. Davey, R. Darvizeh, A. Al-Tamimi, Scaled metal forming experiments: a transport equation approach, International Journal of Solids and Structures, Vol. 125, pp. 184-205, 2017.
[14] R. Darvizeh, K. Davey, A transport approach for analysis of shock waves in cellular materials, International Journal of Impact Engineering, Vol. 82, pp. 59-73, 2015.
[15] R. Darvizeh, K. Davey, Non-physical finite element method: multiple material discontinuities, Computers and Structures, Vol. 164, pp. 145-160, 2016.
[16] D. Karagiozova, N. Jones, Dynamic effects on buckling and energy absorption of cylindrical shells under axial impact, Thin-Walled Structures, Vol. 39, pp. 583-610, 2001.
[17] N. Peixinho, C. Doellinger, Characterization of dynamic material properties of light alloys for crashworthiness applications, Materials Research, Vol. 13, No. 4, pp. 471-474, 2010.
[18] D. Karagiozova, M. Alves, N. Jones, Inertia effects in axisymmetrically deformed cylindrical shells under axial impact, International Journal of Impact Engineering, Vol. 24, pp. 1083-1115, 2000.
[19] MA. Meyers, Dynamic behavior of materials, pp. 323-381, John Wiley & sons, 1994.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 8
آذر 1397
صفحه 229-240