بررسي تجربي و عددي رفتار تيرهاي ساندويچي كامپوزيتي تحت خمش چهار نقطه

Experimental and numerical analysis of sandwich composite beam under fourpoint bending

در اين مقاله رفتار خمشي تيرهاي ساندويچي كامپوزيتي تحت بارگذاري خمش چهار نقطه به‌صورت تجربي و عددي مورد بررسي قرارگرفته است. پوسته‌ها و هسته‌ي تير ساندويچي به ترتيب از الياف شيشه بافته‌شده با رزين اپوكسي و فوم پلي وينيل كلريد با چگالي 70 كيلوگرم بر مترمكعب ساخته‌شده است. آزمون خمش چهار نقطه بر روي تيرهايي با طول‌هاي مختلف با در نظر گرفتن دو نوع لايه چيني 0/90 و45 ± براي پوسته ها انجام شده است. مكانيزم تخريب در تيرهاي آزمايش‌شده، ناشي از فرو رفتگي فوم و در ادامه شكست پوسته در زير محل بارگذاري بوده است. به‌ منظور بررسي صحت نتايج تجربي شبيه‌سازي عددي تير ساندويچي با استفاده از نرم‌افزار تجاري آباكوس انجام‌گرفته است. در تحليل‌هاي عددي از مدل‌هاي مادي غير خطي براي شبيه‌سازي رفتار برشي فوم و پوسته‌ها استفاده شده است. علاوه بر آن بدليل بروز تغيير شكل‌‌هاي بزرگ در تيرهاي ساندويچي تحت خمش، از فرض غيرخطي هندسي در تحليل المان محدود استفاده شده است. پيش‌بيني شروع تخريب در المان‌هاي پوسته به‌وسيله‌ي معيار هشين اصلاح‌شده انجام شده است. با استفاده از زيرروال USDFLD تحليل غيرخطي تنش و تخريب پوسته‌ها در نرم‌افزار ABAQUS وارد شده است. همچنين مدل لهيدگي فوم براي شبيه‌سازي رفتار پلاستيك هسته‌ي فومي استفاده شده است. منحني‌هاي نيرو- جابه‌جايي و مكانيسم‌هاي تخريب پيش‌بيني شده با روش عددي تطابق خوبي را با نتايج آزمايشگاهي نشان دادند.

In this paper, flexural behavior of composite sandwich beams under four point bending loading has been studied experimentally and numerically. The skins and the core of the sandwich composite beam have been made of woven glass/epoxy composites and polyvinylchloride foam with 70 kg/m3 density, respectively. The experiments were performed on the beams with different lengths and two different types of layup sequence for the skins as 0/90 and ±45. Failure was initiated in the beams due to indentation of the foam and extended to the face sheet failure under the loading roller. Numerical simulation of the sandwich beam has been performed using ABAQUS commercial software to verify experimental results. During the numerical simulations, the nonlinear material models were employed for shear stress-strain behavior modeling of the foam and the face sheets. In addition, due to the large deformation during bending test geometrical nonlinearity assumption was used in FE analysis. Failure initiation was predicted in the face sheets using modified Hashin criteria. Nonlinear stress analysis and failure predictions in the face sheets and the foam were conducted using USDFLD subroutine in ABAQUS software. Also, crushable foam model was employed to simulate the plastic behavior of the foam core. The load-displacement curves and failure mechanisms predicted by the numerical simulations illustrated good correlation with the experimental data.