مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تغییر شکل پلاستیک ساختارهای ساندویچی با رویه‌های آلومینیومی و هسته پوکه معدنی تحت بارگذاری ضربه‌ای سرعت‌پایین

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
مرتضی عیوض خانی 1
توحید میرزابابای مستوفی 2
هاشم بابایی 3
1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران.
2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ایوان‌کی، ایوان‌کی، ایران.
3 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران.
چکیده
در پژوهش حاضر، مکانیسم تغییر شکل بزرگ پلاستیک و شکست ساختارهای ساندویچی با رویه‌های آلومینیومی و هسته پوکه معدنی تحت بارگذاری ضربه‌ای سرعت‌پایین موردبررسی قرارگرفته است. از سامانه سقوط وزنه برای اعمال بار ضربه‌ای به نمونه در 7 سطح انرژی مختلف 3/34، 6/68، 9/102، 2/137، 5/171، 8/205 و 223 ژول استفاده شد. برای دستیابی به سطوح انرژی مذکور، جرم ضربه زننده ثابت و برابر با 5/3 کیلوگرم در نظر گرفته شد و ارتفاع ضربه زننده از نمونه از 1 تا 5/6 متر تغییر داده شد. 16 نمونه آزمایشی در دو نوع لایه‌بندی با و بدون هسته پوکه معدنی در نظر شد. همچنین، در این سری از آزمایش‌ها، ضخامت رویه فلزی ثابت و دو ضخامت مختلف 16 و 32 میلی‌متر برای هسته پوکه معدنی در نظر گرفته شد. نتایج تجربی نشان داد که در تمامی سطوح انرژی، در ساختار ساندویچی با هسته 16 میلی‌متری، ناحیه کوچک‌تری دچار تغییر شکل دائمی می‌شود و این بدان علت است که فضای متخلخل میان دو ورق فلزی کوتاه‌تر است. همچنین، در سطوح انرژی پایین، ضخامت هسته پوکه معدنی نقش کلیدی را در بهبود مقاومت سازه در برابر بار ضربه‌ای وارد نمی‌کند. در قیاس با ساختار ساندویچی بدون هسته، استفاده از هسته پوکه معدنی با جرمی بسیار کم می‌تواند مانع تغییر شکل پلاستیک رویه عقبی شود و ضخامت 16 میلی‌متری هسته پوکه معدنی حتی مانع گلبرگی شدن رویه جلویی نیز می‌شود.

کلیدواژه‌ها
بارگذاری ضربه‌ای
سامانه سقوط وزنه
مطالعه آزمایشگاهی
مواد دانه‌ای
ورق مستطیلی

موضوعات

عنوان مقاله English

An Investigation into Plastic deformation of sandwich structures with aluminum facesheets and pumice core under low-velocity impact loading

نویسندگان English

Morteza Eyvazkhani 1
Tohid Mirzababaie mostofi 2
Hashem Babaei 3
1 MSc, Mechanical Engineering Department, Mechanical Engineering Faculty, University of Guilan, Rasht, Iran
2 Assistant Professor, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, University of Eyvanekey, Eyvanekey, Iran.
3 Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran.
چکیده English

In the current research study, the large plastic deformation and failure mechanism of sandwich structures with aluminum facesheets and pumice core under low-velocity impact loading have been investigated. The drop hammer testing machine was used to apply the impact load on the specimen at seven different energy levels 34.3, 68.6, 102.9, 137.2, 171.5, 205.8, and 223 J. To achieve the mentioned energy levels, the weight of the impactor was considered constant and equal to 3.5 kg and the standoff distance of the hammer was changed from 1 to 6.5 m. 16 experimental samples were considered in two types of layering with and without pumice core. Also, in this series of experiments, the thickness of facesheets was fixed and two different thicknesses of 16 and 32 mm were considered for the core. Experimental results showed that at all energy levels, the sandwich panel with 16 mm pumice core shows a smaller deformed area due to the shorter porous space between two facesheets. Also, at low energy levels, the thickness of the pumice core does not play a key role in improving the impact resistance of the structure. Compared to the coreless sandwich structure, the use of a very low-mass pumice core can prevent the plastic deformation of the rear facesheet, and the 16 mm thickness of the pumice core can even prevent the front surface from petalling.

کلیدواژه‌ها English

Impact Loading
Drop hammer testing machine
granular materials
Rectangular Plate
[1] Babaei H, Mirzababaie Mostofi T, Armoudli E. On dimensionless numbers for the dynamic plastic response of quadrangular mild steel plates subjected to localized and uniform impulsive loading. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. 2017;231(5):939-50.
[2] Rezasefat M, Mirzababaie Mostofi T, Babaei H, Ziya-Shamami M, Alitavoli M. Dynamic plastic response of double-layered circular metallic plates due to localized impulsive loading. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications. 2019;233(7):1449-71
[3] Mostofi TM, Sayah-Badkhor M, Rezasefat M, Ozbakkaloglu T, Babaei H. Gas mixture detonation load on polyurea-coated aluminum plates. Thin-Walled Structures. 2020;155:106851.
[4] Rezasefat M, Mostofi TM, Ozbakkaloglu T. Repeated localized impulsive loading on monolithic and multi-layered metallic plates. Thin-Walled Structures. 2019;144:106332.
[5] Babaei H, Mostofi TM, Alitavoli M, Namdari M. Experimental investigation and a model presentation for predicting the behavior of metal and alumina powder compaction under impact loading. Journal of Modares Mechanical Engineering. 2015 Jul 10;15(5):357-66.
[6] Alitavoli M, Babaei H, Mahmoudi A, Golbaf A, Mostofi TM. Experimental and Analytical Study of Effective Factors on Compaction Process of Aluminium Powder under the Impact Load by Low Speed. Modares Mechanical Engineering. 2015 Sep 1;15(7).
[7] Goldsmith W, Sackman JL. An experimental study of energy absorption in impact on sandwich plates. International Journal of Impact Engineering. 1992 Jan 1;12(2):241-62.
[8] Olsson R, McManus HL. Improved theory for contact indentation of sandwich panels. AIAA journal. 1996 Jun;34(6):1238-44.
[9] Mines RA, Worrall CM, Gibson AG. Low velocity perforation behaviour of polymer composite sandwich panels. International Journal of Impact Engineering. 1998 Nov 1;21(10):855-79.
[10] Alghamdi AA. Collapsible impact energy absorbers: an overview. Thin-walled structures. 2001 Feb 1;39(2):189-213.
[11] Kádár C, Maire E, Borbély A, Peix G, Lendvai J, Rajkovits Z. X-ray tomography and finite element simulation of the indentation behavior of metal foams. Materials Science and Engineering: A. 2004 Dec 15;387:321-5.
[12] Cao J, Grenestedt JL. Design and testing of joints for composite sandwich/steel hybrid ship hulls. Composites Part A: Applied science and manufacturing. 2004 Sep 1;35(9):1091-105.
[13] Tan PJ, Reid SR, Harrigan JJ, Zou Z, Li S. Dynamic compressive strength properties of aluminium foams. Part I—experimental data and observations. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2005 Oct 1;53(10):2174-205.
[14] Tan PJ, Reid SR, Harrigan JJ, Zou Z, Li S. Dynamic compressive strength properties of aluminium foams. Part II—‘shock’theory and comparison with experimental data and numerical models. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2005 Oct 1;53(10):2206-30.
[15] Nia AA, Razavi SB, Majzoobi GH. Ballistic limit determination of aluminum honeycombs—experimental study. Materials Science and Engineering: A. 2008 Aug 15;488(1-2):273-80.
[16] Bhuiyan MA, Hosur MV, Jeelani S. Low-velocity impact response of sandwich composites with nanophased foam core and biaxial (±45) braided face sheets. Composites Part B: Engineering. 2009 Sep 1;40(6):561-71.
[17] Li M, Deng Z, Liu R, Guo H. Crashworthiness design optimisation of metal honeycomb energy absorber used in lunar lander. International Journal of crashworthiness. 2011 Aug 1;16(4):411-9.
[18] Ahmadi H, Liaghat GH, Sabouri H, Bidkhouri E. Investigation on the high velocity impact properties of glass-reinforced fiber metal laminates. Journal of Composite Materials. 2013 Jun;47(13):1605-15.
[19] Hassanpour Roudbeneh F, Liaghat G, Sabouri H, Hadavinia H. Experimental investigation of impact loading on honeycomb sandwich panels filled with foam. International Journal of Crashworthiness. 2019 Mar 4;24(2):199-210.
[20] Hassanpour Roudbeneh F, Liaghat G, Sabouri H, Hadavinia H. Experimental investigation of quasistatic penetration tests on honeycomb sandwich panels filled with polymer foam. Mechanics of Advanced Materials and Structures. 2020 Nov 2;27(21):1803-15.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 21، شماره 5
اردیبهشت 1400
صفحه 297-305