تحلیل ضربه سرعت پایین ورق چند لایه مرکب با کمک قانون برخورد اصلاح یافته

نوع مقاله : مکانیک جامدات

نویسندگان

دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

در این مقاله یک قانون برخورد اصلاح‌شده جدید برای برخورد ضربه زننده با سرعت‌پایین بر روی ورق‌های مرکب چندلایه ارائه می‌گردد. در این روش برای اولین بار با ارائه یک فرایند حل تحلیلی جدید با کمک‌گیری از اصل انرژی پتانسیل مینیمم و استفاده از رابطه توانی غیرخطی تماس بین ضربه زننده و‌‌ سازه هدف، ضرایب مجهول قانون توانی تماس به‌صورت صریح بدست می‌آید. بر این اساس ضرایب قانون تماس برای انواع مختلفی از مسائل ضربه با سرعت‌پایین در ورق‌های چندلایه مرکب محاسبه گردیده است. به کمک این روش جدید، محدوده معتبر جهت استفاده از قانون هرتز برای ورق‌های چندلایه مرکب بدست می‌آید. با استفاده از این روش، علاوه بر کاهش زمان حل، فرایند حل مسئله با همگرایی مناسبی انجام می شود. قانون برخورد جدید نشان می‌دهد که برای هر مسئله برخورد این قانون ازنظر مقادیر ضرایب، منحصربه‌فرد می‌باشد. از طرفی این قانون نشان می‌دهد که ضرایب استفاده‌شده در آن به‌شدت وابسته به شرایط مرزی، خصوصیات هندسی و موادی، سازه هدف و ضربه زننده می‌باشد. نتایج بدست آمده از این روش، تطابق خوبی با دیگر نتایج تجربی و عددی دارد. در این روش پاسخ نیرو-زمان، پاسخ سازه به ضربه در شرایط تکیه‌گاهی مختلف و اثرات پارامترهای فیزیکی و هندسی از قبیل جرم، سرعت و قطر ضربه زننده، همچنین ابعاد سازه هدف بر روی تاریخچه نیرو بررسی می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Low Velocity Impact Analysis of Laminated Composite Plates with using modified contact law

نویسندگان [English]

  • - -
  • amir hossein azarnia
-
چکیده [English]

In the present paper, a new systematic iterative analytical procedure for low-velocity impact analysis of composite plates is presented. In this method, assuming the exponential equation similar to the Hertzian contact law, using the principle of minimum potential energy and the energy-balance model between the indenter and the plate, the unknown coefficients of the exponential equation are obtained analytically. The elastic strain energy resulting from bending in the composite plate and external work due to indentation load is evaluated using an appropriate shape function for the composite plate deformation. Using the present method, in addition to reducing the runtime, the problem-solving process is carried out with appropriate convergence. Accordingly, contact coefficients for various types of composite plates with different boundary conditions have been calculated. The results are in good agreement with the experimental and numerical results. The force-time response and structure response to low-velocity impact with various boundary conditions are investigated. Also, considering the importance of physical and geometrical parameters such as mass and velocity of the impactor, the dimension of the composite plate, and the effect of these parameters on contact force history are studied. It has been shown that with increasing diameter and velocity of the impactor, exponent value in nonlinear equation contact will increase, while this parameter decreases with increasing mass of the impactor

کلیدواژه‌ها [English]

  • Low velocity impact
  • Composite plates
  • Contact non-linear equation
  • Total potential energy

مراجع

  1. Tabor, D. “The Hardness of Metals”, Third ed., Oxford University Press, pp. 421-462, 1951.##
  2. Yang, S. S. “Indentation Law for Composite Laminates”, ASTM STP, Vol. 787, No. 1, pp. 425-49, 1982.##
  3. Dobyns, A. L. “Analysis of Simply-Supported Orthotropic Plates Subjected to Static and Dynamic Loads”, AIAA, Vol. 19, pp. 642-650, 1981.##
  4. Shivakumar, K. N., Elbr, W. and Illg, W. “Prediction of Impact Force and Duration Due to Low-Velocity Impact on Circular Composite Caminates”, Applied Mechanics, vol. 52, pp. 674-680, 1985.##
  5. Abrate, S. “Impact on Laminated Composite Materials”, Applied Mechanics, vol. 44, pp. 155-190, 1991.##
  6. Khalili, M. R. “Analysis of the Dynamic Response of Large Orthotropic Elastic Plates to Transverse Impact and Its Application to Fiber Reinforced Plates”, Ph.D. Thesis, Indian Institute of Technology, Delhi, 1992.##
  7. Delfoss, D., Vaziri, R., Pierson, M. O. and Poursartip, A. “Analysis of the Non-Penetrating Impact Behavior of CFRP Laminates”, Analysis of the non-Proceeding of the 9th International Conference on Composite Materials, Madrid, Spain, Cambridge,England, UK, Woodhead Publishing, vol. 5, pp. 366-373, 1993.##
  8. Choi, I. H. and Hong, C. H., “New Approach for Simple Prediction of Impact Force History on Composite Laminates”, AIAA, vol. 132, No. 1, pp. 2072-2083, 1994.##
  9. Carvalho, A. and Soares, C. G. “Dynamic Response of Rectangular Plates of Composite Materials Subjected Impact Loads”, Composite Structure, vol. 34, pp. 55-63, 1996.##
  10. Mittal, R. K. and Jafari, M. S. “Influence of Fiber Contact and Impactor Parameters on Transverse Impact Response of Uniaxially Reinforced Composite Plate”, Journal of Composite, vol. 26, pp. 877-886, 1995.##
  11. Ambour, D. R. and Cruz, J. R. “Low-Speed Impact Response Characteristics of Composite Sandwich Panels”, AIAA-95-1460-CP, pp. 2681-2695, 1995.##
  12. Pierson M. O. and Vaziri R. “Analytical Solution for Low-Velocity Impact Response of Composite Plates”, AIAA, vol. 8, pp. 1633-1640, 1996.##
  13. Olsson, R. “Mass Criterion Wave Controlled Impact Sponse of Composite Plates”, Composite, Part A, vol. 31, pp. 879-887, 2000.##
  14. Christoforou, A. P., Elsharkawy, A. A. and Guedouer, L. H. “An Inverse Solution for Low Velocity Impact in Composite Plates”, Computers and structures, Vol. 79, pp. 2607-2619, 2001.##
  15. Hoo Fatt, M. S. and Park, K. S. “Dynamic Models for Low-Velocity Impact Damage of Composite Sandwich Panels-Part A: Deformation”,  Composite Structure, vol. 52, pp. 335-351, 2001.##
  16. Choi, I. H. and Lim, C. H., “Low Velocity Impact Analysis of Composite Laminates Using Linearized Contact Law”, Composite structures, vol. 66, pp. 125-132, 2004.##
  17. Sutherland, L. S, “Contact Indentation of Marine Composites”, Composite Structures, Vol. 70, No.3, pp. 287-94, 2005.##
  18. Hosseinzadeh, R., Shokrieh, M. M. and Lessard, L., “Damage Behavior of Reinforced Composite Plates Subjected to Drop Weight Impacts”, Composite science and technology, vol. 66, pp. 61-68, 2006.##
  19. Choi, I. H., “Low-Velocity Impact Analysis of Composite Laminates under Initial in-Plane Load, Journal of Composite Structures”, Composite Structures, vol. 86, pp. 251-257, 2008.##
  20. Chai, G. B. and Zhu, S., “A Review of Low-Velocity Impact on Sandwich Structures, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineer”, Materials Design and Applications Part L, Vol. 225, No. 4, pp. 207-225, 2011.##
  21. Zhang, D., Sun, Y., Chen, L. and Pan, N. “A Comparative Study on Law Velocity Impact Response of Fabric Composite Laminate”, Material and design, Vol. 50, No. 1, pp. 750-756, 2013.##
  22. Zhu, S., Chai, G. B. “Low-Velocity Impact Response of Composite Sandwich Panels”, Journal Materials: Design and Applications, Vol. 230, No. 2, pp.1–12, 2015.##
  23. Azarnia, A. H. and Malekzadeh, K. “Analytical Modeling to Predict Dynamic Response of Fiber-Metal Laminated Panel Subjected to Low Velocity Impact”, In persion,Journal of science and technology of composite(JSTC), Vol. 5, No. 3, pp. 331 To 342, 2018.##
  24. Feli, S., Khodadadian, S., Safari,M. “A Modified New Analytical Model for Low-Velocity Impact Response of Circular Composite Sandwich Panels”, Journal of Sandwich Structures and Materials. Vol. 8, No. 5, pp.552-578,2016.##
                                         

 

 

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 01 اسفند 1397
  • تاریخ بازنگری: 15 تیر 1398
  • تاریخ پذیرش: 25 خرداد 1399
  • تاریخ انتشار: 01 تیر 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار