مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی اثر پارامترهای ساختاری بر مقاومت به ضربه سرعت بالای چندلایه‌های الیافی- فلزی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
حمید خواجه‌ارزانی 1
عبدالرضا کبیری‌عطاآبادی 2
یوسف چپریان 1
1 گروه مکانیک و مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران
2 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران
چکیده
در پژوهش‌های مختلف برتری چندلایه الیافی- فلزی نسبت به آلومینیوم و کامپوزیت تنها تحت بار ضربه‌ای با سرعت بالا به اثبات رسیده است. در پژوهش حاضر هدف اصلی بررسی ایده‌ای برای ارتقای مقاومت به ضربه چندلایه‌ای الیافی- فلزی تحت ضربه سرعت بالا با تحلیل عددی و آزمایش است. با توجه به وجود انواع مختلف مکانیزم‌های جذب انرژی جنبشی پرتابه توسط هدف، در این پژوهش بر یکی از آنها تمرکز شده و با اضافه‌کردن لایه لاستیک به‌منظور ایفاکردن نقش جاذب در چندلایه AL/GL/GL/AL به آلومینیوم اجازه خم‌شدن بیشتر داده می‌شود تا جذب انرژی جنبشی پرتابه بیشتر شود و انرژی نفوذ مخصوص افزایش یابد. مواد به کار برده شده در این پژوهش آلومینیوم ۲۰۲۴-T۳، پیش آغشته شیشه/اپوکسی با الیاف بافته‌شده و لاستیک نیتریل بوتادین است. کلیه آزمایش‌ها با دستگاه تفنگ گازی آزمایشگاه ضربه دانشگاه تربیت مدرس تهران و حل عددی با نرم‌افزار المان محدود ال‌اس داینا انجام شده است. با استفاده از نتایج حل عددی می‌توان خروجی‌هایی مانند تغییرات نیروی تماسی و تغییرات انرژی‌های مختلف در طول برخورد پرتابه به هدف را استخراج نمود که از نتایج حاصل از آزمایش به دست نمی‌آید. نتایج نشان می‌دهد با اضافه‌کردن لایه لاستیک به چندلایه، آلومینیوم می‌تواند بیشتر خم شود. بنابراین انرژی جنبشی بیشتری از پرتابه جذب شده و انرژی نفوذ مخصوص و سرعت حد بالستیک به‌طور محسوس و موثری افزایش می‌یابد.
کلیدواژه‌ها
چندلایه‌ای الیافی- فلزی
انرژی نفوذ مخصوص
سرعت حد بالستیک

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of Effect of Structural Parameters on High Velocity Impact Resistance of Fiber Metal Laminates

نویسندگان English

H. Khajeh Arzani 1
A.R. Kabiri Ataabadi 2
Y. Chaparian 1
1 Mechanical & Aerospace Engineering Department, Malek-e-Ashtar University of Technology, Isfahan, Iran
2 Mechanical Engineering Department, Malek-e-Ashtar University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده English

The preference of fiber–metal laminate over metal and composite in lots of In the present study, the main goal is to investigate an idea for impact resistance improvement of laminates under high-velocity impact by numerical analysis and experiment. Due to the existence of various types of mechanisms for dissipating kinetic energy of projectile in contact with the target, in this research, it has been concentrated on one of them and by adding a rubber layer into AL/GL/GL/AL laminate, it has been allowed more bending to the aluminum layer thereby offering higher dissipating kinetic energy and increased special perforation energy. Materials used in this study are 2024-T3 aluminum alloy, woven glass/epoxy prepreg and Nitrile butadiene rubber (NBR). All of the tests have been done by a high-speed gas gun in Tarbiat Modarres University and numerical analysis is done with Ls Dyna software. With numerical analysis, it is possible to achieve results such as contact force and different energies variations during the impact of the projectile cannot be achieved by The results show that by adding a rubber layer into the laminates, the aluminum layer bend more so more kinetic energy can be dissipated from the projectile. Hence, special perforation energy and ballistic velocity are increased

کلیدواژه‌ها English

Fber Metal Laminated
Perforation Resistances
Ballistic Velocity
Seyed Yaghoubi A, Liaw B. Thickness influence on ballistic impact behaviors of GLARE 5 fiber-metal laminated beams: Experimental and numerical studies. Composite Structures. 2012;94(8):2585-2598. [Link] [DOI:10.1016/j.compstruct.2012.03.004]
Hoo Fatt MS, Lin C, Revilock Jr DM, Hopkins DA. Ballistic impact of GLARE™ fiber-metal laminates. Composite Structures. 2003;61(1-2):73-88. [Link] [DOI:10.1016/S0263-8223(03)00036-9]
Zhao G, Cho Ch, Lu Sh, Wang Z. Experimental study on impact resistance properties of T300/epoxy composite laminates. Journal of Composite Materials. 2010;44(7):857-870. [Link] [DOI:10.1177/0021998309346391]
Liu Y, Liaw B. Effects of constituents and lay-up configuration on drop-weight tests of fiber-metal laminates. Applied Composite Materials. 2010;17(1):43-62. [Link] [DOI:10.1007/s10443-009-9119-1]
Lee DW, Park BJ, Park SY, Choi CH, Song JI. Fabrication of high-stiffness fiber-metal laminates and study of their behavior under low-velocity impact loadings. Composite Structures. 2018;189:61-69. [Link] [DOI:10.1016/j.compstruct.2018.01.044]
Sharma AP, Khan SH. Influence of metal layer distribution on the projectiles impact response of glass fiber reinforced aluminum laminates. Polymer Testing. 2018;70:320-347. [Link] [DOI:10.1016/j.polymertesting.2018.07.005]
Li X, Zhang X, Guo Y, Shim VP, Yang J, Chai GB. Influence of fiber type on the impact response of titanium-based fiber-metal laminates. International Journal of Impact Engineering. 2018;114:32-42. [Link] [DOI:10.1016/j.ijimpeng.2017.12.011]
Mirzababaie Mostofi T, Babaei H, Alitavoli M, Hosseinzadeh S. On dimensionless numbers for predicting large ductile transverse deformation of monolithic and multi-layered metallic square targets struck normally by rigid spherical projectile. Thin Walled Structures. 2017;112:118-124. [Link] [DOI:10.1016/j.tws.2016.12.014]
Vlot A, Gunnink JW, editors. Fibre metal laminates: An introduction. Berlin: Springer Science & Business Media; 2011. [Link]
Vlot A. Low-velocity impact loading: On fibre reinforced aluminium laminates (ARALL and GLARE) and other aircraft sheet materials [Internet]. Delft: Delft University of Technology; 1993 [cited 15 Jan 2018]. Available from: https://repository.tudelft.nl/islandora/object/uuid:9200a03f-00ab-4c90-8e38-20748dd5fde0 [Link]
Lambert JP, Jonas GH. Towards standardization in terminal ballistics testing: Velocity representation [Internet]. Aberdeen: Ballistic Research Laboratory; 1976 [cited 10 Jan 2018]. [Link] [DOI:10.21236/ADA021389]
Abdullah MR, Cantwell WJ. The impact resistance of polypropylene-based fibre-metal laminates. Composites Science and Technology. 2006;66(11-12):1682-1693. [Link] [DOI:10.1016/j.compscitech.2005.11.008]
Sadighi M, Alderliesten RC, Benedictus R. Impact resistance of fiber-metal laminates: A review. International Journal of Impact Engineering. 2012;49:77-90. [Link] [DOI:10.1016/j.ijimpeng.2012.05.006]
Seyed Yaghoubi A, Liaw B. Effect of lay-up orientation on ballistic impact behaviors of GLARE 5 FML beams. International Journal of Impact Engineering. 2013;54:138-148. [Link] [DOI:10.1016/j.ijimpeng.2012.10.007]
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 19، شماره 6
خرداد 1398
صفحه 1529-1538