مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی و تحلیل رگرسیونی تغییر شکل پلاستیک ساندویچ پنل‌های کامپوزیتی تقویت شده با فوم پلیمری تحت بارگذاری انفجاری

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران، ایران
2 دانشکده مهندسی نساجی، دانشگاه یزد، یزد، ایران
چکیده
در این مقاله، به بررسی تجربی و تحلیل رگرسیونی تغییر شکل پلاستیک ساندویچ پنل کامپوزیتی پلی‌یورتان تقویت شده با ذرات صفحه ای نانو رس تحت بارگذاری انفجاری پرداخته شده است. برای این منظور ساندویچ پنل پلی یورتان با درصدهای مختلف نانو رس و در چگالی های مختلف تهیه شد. خواص مکانیکی فوم های تقویت شده با نانو رس توسط آزمون کشش-فشار مورد مطالعه قرار گرفت. همچنین از دستگاه لوله شوک انفجاری و ماده منفجره C4 به منظور بارگذاری انفجاری استفاده شد. در ادامه به منظور بررسی اثر پارامترهای موثر نظیر درصد نانو رس و چگالی فوم پلی یورتان بر میزان جابجایی صفحات ساندویچ پنل کامپوزیتی و بهینه سازی آنها به منظور کمترین تغییر شکل، از روش سطح پاسخ استفاده شد. نتایج بدست آمده از مدل رگرسیونی در سطح اطمینان 95% حاکی از مطابقت بسیار خوب نتایج تجربی و مقادیر پیش بینی شده توسط مدل بوده است. مقدار بالای ضریب همبستگی بین پارامترهای بررسی شده و میزان تغییر شکل پلاستیک ساندویچ پنل (R2= 99 %) حاکی از آن است که مدل ارائه شده از دقت بالاتری برخوردار بوده است. در پایان شرایط بهینه برای دستیابی به کمترین میزان جابجایی صفحات ساندویچ پنل کامپوزیتی بصورت 57/1 درصد نانو رس و چگالی فوم kg/m3 130 تعیین گردید.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental Investigation and Regression Analysis on Plastic Deformation of Sandwich Panels made of Reinforced Polymeric Foam under Explosive Loading

نویسندگان English

Majid Hatampour 1
Rouhollah Hosseini 1
Mahdi Hasanzadeh 2
Kh. Vahedi 1
1 Department of Mechanical Engineering, Imam Hossein University, Tehran, Iran
2 Department of Textile Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده English

In this paper, experimental investigation and regression analysis on plastic deformation of polyurethane composite sandwich panels reinforced with nanoclay under blast loading is investigated. For this purpose, polyurethane sandwich panels with different percentages of nanoclay and in different densities were prepared. The mechanical properties of nanoclay-reinforced foams were studied by tensile-compression test. Explosive shock tube device and C4 explosive material were used for explosive loading. Then, in order to investigate the effect of significant parameters such as the percentage of nanoclay and density of polyurethane foam on the displacement of composite sandwich panels and optimizing them for minimum deformation, the response surface methodology was used. The results obtained from the regression model at 95% confidence level indicate a very good agreement between the experimental results and the values ​​predicted by the model. The high value of the correlation coefficient between the studied parameters and the amount of plastic deformation of the sandwich panel (R2 = 99%) indicate that the proposed model has a higher accuracy. Finally, the optimal conditions for achieving the minimum displacement of composite sandwich panels were determined as 1.57% nanoclay content and foam density of 130 kg/m3.

کلیدواژه‌ها English

Polyurethane foam
Nanoclay
explosive loading
Optimization
response surface methodology
[1]. Sivertsen, Katrin T& FG. POLYMERIC FOMS. Published in 2007 by CRC Press; 2007.
[2]. Qi C, Yang S, Yang LJ, Han SH, Lu ZH. Dynamic response and optimal design of curved metallic sandwich panels under blast loading. The Scientific World Journal. 2014 Jan 1;2014.
[3]. Petrović ZS, Ferguson J. Polyurethane elastomers. Prog Polym Sci. 1991;16(5):695-836. doi:10.1016/0079-6700(91)90011-9
[4]. Bimha RE. Response of Thin Circular Plates to Central Blast Loading. University of Cape Town; 1996.
[5]. Grande C. “Formulation, Preparation, and Characterization of Polyurethane Foams.; 2010.
[6]. Ismagilova, GulA. R. Ghasemi, M. H. Hajmohammad MA. Using Response Surface Method and Genetic Algorithm for Optimization of Fiber Metal Laminate Stacking Sequences Subjected to Explosion Loading. J Energ Mater. 2014;11(c):363-367.
[7]. Hossein Taghipoor MDN. Experimental investigation of energy absorption in foam filled sandwich beams with expanded metal sheet as core under quasi-static bending. Modares Mech Eng. 1397;18(03):126-134.
[8]. Sabzevari S, Shahabian Moghadam F NY. The Analysis of Corrugated Panels Subjected to Blast Loadings. J Struct steel. 2017;22(1):61-70.
[9]. علی اکبر شریف زاده. بررسی اثر حضور تقویت کننده لیفی در هسته فومی ساختارهای ساندویچی تحت ضربه سرعت بالا. مهندسی مواد مرکب. 1395.
[10]. Mostafa HE, El-Dakhakhni WW, Mekky WF. Use of reinforced rigid polyurethane foam for blast hazard mitigation. J Reinf Plast Compos. 2010;29(20):3048-3057. doi:10.1177/0731684410363184
[11]. Khandabi R khodarahmi. . Study of sandwich panels with graduated foam cores under explosive loading. In: 3rd International Conference on Mechanical and Aerospace Engineering. ; 2018:258.
[12]. Sayah Badkhor M, Mirzababaie Mos- tofi T BH. The Influence of Uniform and Localized Blast Loading on the Response of Single-Layered Circular Plates : Experimental Study and Regression Analysis Using Response Surface Methodology. Modares Mech Eng. 2020;20(8):2045-2060.
[13]. Diwandar M. Metal Foams. Iran University of Science and Technology Publications; 2006.
[14]. Heshmati M. An Experimental Study of the Response of Isotropic Circular Sheets to Loading from an Underwater Explosion Caused by a Cone Shock Tube. Modares Mech Eng. 2015;16(7):361-372.
[15]. Cendón DA, Gálvez F, Erice B. Blast Response Analysis of Reinforced Concrete Slabs : Experimental Procedure and Numerical Simulation. 2011;78(September):1-13. doi:10.1115/1.4004278
[16]. Mirzababaie Mostofi T, Sayah Bad- khor M BH. The Effect of Extreme Dynamic Loading on Plastic Deformation of Quadrangular Plates : Experimental Investigation , Regression Analysis , and Multi-Objective Optimization. Modares Mech Eng. 2020;20(10):2495-2507.
[17]. Jiang X, Wang Z, Yang Z, Zhang F. preparation and sound absorption properties of barium titanate butadiene rubberpolyurethane foam composites with stratified structure. RSC Adv. 2018;8:20968-20975. doi:10.1039/C8RA03330G
[18]. Myers RH, Montgomery DC, Anderson-Cook CM. Response surface methodology: process and product optimization using designed experiments. John Wiley & Sons; 2016 Jan 4.
[19]. Nasirzadeh R, Sabet AR. Influence of nanoclay reinforced polyurethane foam toward composite sandwich structure behavior under high velocity impact. J Cell Plast. 2016;52(3):253-275. doi:10.1177/0021955X14557104
[20]. Estravís S, Tirado-mediavilla J, Santiago-calvo M, Luis J, Villafañe F, Rodríguez-pérez MÁ. Rigid polyurethane foams with infused nanoclays : Relationship between cellular structure and thermal conductivity. Eur Polym J. 2016. doi:10.1016/j.eurpolymj.2016.04.026
[21]. Zhu M, Bandyopadhyay-ghosh S, Khazabi M, Cai H, Correa C, Sain M. Reinforcement of Soy Polyol-Based Rigid Polyurethane Foams by Cellulose Microfibers and Nanoclays. 2011. doi:10.1002/app