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

نوع مقاله: گرایش رفتار مکانیکی مواد و سازه

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


  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.##