بررسی اثر بارگذاری انفجاری بر روی ساختارهای ساندویچی با هسته فومی و مشبک مربعی

نوع مقاله : مکانیک ضربه

نویسندگان

1 مربی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

3 دکتری مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد دماوند، ایران

چکیده

در این مقاله، به بررسی حل تجربی و عددی ساندویچ پنل تحت بارگذاری انفجاری پرداخته‌شده است. در این پژوهش اثر بارگذاری انفجاری بر روی ساندویچ پنل با دو ساختار متفاوت در هسته، موردبررسی قرارگرفته است. رویه‌های ساندویچ پنل از جنس فولاد با ضخامت 1 میلی‌متر است. یکی از هسته‌ها فوم پلی‌اورتان و دیگری مشبک مربعی از جنس رویه، باضخامت 5/0 میلی‌متر، انتخاب‌شده است. ارتفاع هسته‌ها 40 میلی‌متر است. در آزمایش‌های تجربی انفجار، فاصله 10 سانتی‌متر تا هدف در نظر گرفته‌شده و از ماده منفجره C4 با جرم ثابت 30 گرم در فرآیندهای انفجار استفاده‌شده است. در ادامه، به کمک نرم‌افزار آباکوس و با استفاده از فن کانوپ به حل عددی مسئله پرداخته‌شده است. و سپس با استفاده از نرم‌افزار رفتار دینامیکی ساختار ساندویچی در شرایط مختلف بررسی می‌گردد. با مقایسه نتایج حل عددی و تجربی، تطابق مناسبی بین آن‌ها مشاهده می‌شود. نتایج تحلیل‌ها نشان داد که هسته فوم پلی‌اورتان گزینه مناسبی برای استفاده در ساندویچ پنل‌ها نیست، اما هسته مشبک مربعی در بارگذاری انفجاری، هسته‌ای مناسب به شمار می‌آید، زیرا جابجایی رویه پشتی ساندویچ پنل کمتر از رویه جلویی است و هسته وارد فاز پلاستیک می‌شود.

چکیده تصویری

بررسی اثر بارگذاری انفجاری بر روی ساختارهای ساندویچی با هسته فومی و مشبک مربعی

تازه های تحقیق

  • هسته فوم پلی اورتان هسته‌ای مناسب برای استفاده در ساندویچ پنل تحت بارگذاری انفجاری نبوده اما هسته مشبک مربعی هسته‌ای مناسب است.
  • با افزایش فاصله ماده منفجره تا هدف میزان جابجایی رویه پشتی کاهش می‌یابد.
  • با افزایش میزان جرم ماده منفجره جابجایی رویه پشتی افزایش می‌یابد

       

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of the Effect of Blast Loading on Sandwich Structures with Foam and Square Lattice Cores

نویسندگان [English]

  • Ali Kochakinejad ٍEram Sadati 1
  • Hashem Babaei 2
  • Sayed Ali Mousavi Tarsi 3
1 Instructor, Department of Mechanical Engineering, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran
2 Professor, Faculty of Mechanical Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran.
3 Ph.D. in mechanics, Islamic Azad University, Damavand Branch, Iran
چکیده [English]

In this paper, the experimental and numerical analysis of sandwich panels under blast loading is investigated. In this study, the effect of blast loading on sandwich panels with two different structures in the core has been investigated. The face sheets of the sandwich panel are made of steel with a thickness of 1 mm. One of the cores is made of polyurethane foam, and the other is a square lattice structure fabricated from the same material as the face sheets, with a thickness of 0.5 mm. The core height is 40 mm. In the experimental blast tests, a standoff distance of 10 cm is considered, and C4 explosive with a constant mass of 30 grams is used in the blast processes. Numerical analysis is performed using Abaqus software and the CONWEP technique. Furthermore, the dynamic behavior of the sandwich structure is analyzed under various conditions using simulation software. A comparison of the numerical and experimental results shows a good agreement. The analysis results indicate that polyurethane foam is not a suitable core material for sandwich panels under blast loading. However, the square lattice core proves to be effective, as the displacement of the back face sheet is smaller than that of the front face sheet, and the core undergoes plastic deformation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Blast Loading
  • Sandwich Panel
  • Polyurethane Foam Core
  • Square lattice core
  • Numerical analysis
 [1]Gama BA, Bogetti TA, Fink BK, Yu C-J, Claar TD, Eifert HH, et al. Aluminum foam integral armor: a new dimension in armor design. Composite structures.2001;52(3-4):381-9 DOI https://doi.org/10.1016/S0263-8223(01)00029-0
 [2] Amini M, Isaacs J, Nemat-Nasser S. Experimental investigation of response of monolithic and bilayer plates to impulsive loads. International Journal of Impact Engineering. 2010;37(1):82-9 DOI https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2009.04.002
 [3] Gharababaei H, Darvizeh A. Experimental and Analytical Investigation of Large Deformation of Thin Circular Plates Subjected to Localized and Uniform Impulsive Loading. Mechanics based design of structures and machines. 2010 Apr 30;38(2):171-89. DOI  https://doi.org/10.1080/15397730903554633    
[4] Gharababaei H, Nariman-Zadeh N, Darvizeh A.A simple modelling method for deflection of circular plates under impulsive loading using dimensionless analysis and singular value decomposition.Journal of Mechanics. 2010 Sep 1;26(03):355-61. DOI  https://doi.org/10.1017/S1727719100003919
[5] Babaei H, Darvizeh A. Investigation into the response of fully clamped circular steel, copper, and aluminum plates subjected to shock loading. Mechanics based design of structures and machines. 2011 Oct 1;39(4):507-26. DOI https://doi.org/10.1080/15397734.2011.583204
[6] Babaei H, Darvizeh A. Analytical study of plastic deformation of clamped circular plates subjected to impulsive loading.Journal of Mechanics of Materials and Structures. 2012 Jul 26;7(4):309-22. DOI 10.2140/jomms.2012.7.309
[7] Yazici M, Wright J, Bertin D, Shukla A. Experimental and numerical study of foam filled corrugated core steel sandwich structures subjected to blast loading.Composite structures. 2014; 110:98-109.    DOI https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2013.11.016
[8] Langdon G, Lee W, Louca L.The influence of material type on the response of plates to air-blast loading.International Journal of Impact Engineering. 2015; 78:150-60. DOI https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2014.12.008
[9] Mehreganian N, Louca L, Langdon G, Curry R, Abdul-Karim N. The response of mild steel and armour steel plates to localised air-blast loading-comparison of numerical modelling techniques. International Journal of Impact Engineering.2018; 115:81-93. DOI https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2018.01.010
[10] 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. DOI https://doi.org/10.1177/1464420718760640
[11] Khondabi R, Khodarahmi H, Hosseini R, Zia Shamami M. Experimental and numerical study of core and face-sheet thickness effects in sandwich panels with foam core and aluminum face-sheets subjected to blast loading.Journal of Solid and Fluid Mechanics. 2018; 8 106-91 (In Persian) DOI  https://doi.org/10.22044/jsfm.2018.7230.2663
 [14] Khodarahmi H, Kaffash Mirzarahimi M, Zia Shamami M, Hosseini R. Experimental and numerical evaluation of energy absorption capacity of sandwich panel with polyurethane foam core reinforced with mineral pumice under explosive loading.  Journal of Solid and Fluid Mechanics. 2022;12(4):27-40 (In Persian)  DOI https://doi.org/10.22044/jsfm.2022.11472.3512
[18] Kouzehgaran M, Khodarahmi H, Sadegh Yazdi M, Ziya-Shamami M, Mirzababaie Mostofi T. Female Die Forming of Metallic Plates using Repeated Underwater Explosions. Aerospace Mechanics. 2024;20(3):1-16. (In Persian)  DOR https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.26455323.1403.20.3.1.7