تحليل ضربه سرعت پايين تير هدفمند شده سراميك– فلزي تحت شرايط مرزي ساده و گيردار

Low velocity impact analysis of functionally graded ceramic-metal beam in simply and clamped supported boundary conditions

در اين تحقيق بررسي تحليلي و عددي تير هدفمند شده‌ي سراميك- فلزي تحت ضربه‌ سرعت پايين با به‌كار‌بردن تئوري تغيير شكل برشي مرتبه اول تير انجام شده است. ضربه زننده به صورت صلب و كروي درنظر گرفته شده است. با استفاده از تركيب روش انرژي، ريتز و لاگرانژ، ماتريس‌هاي جرم و سفتي سيتم ارائه شده‌اند. همچنين شبيه سازي ضربه سرعت پايين بر روي تيرهاي هدفمند شده‌ي سراميك- فلزي در نرم افزار آباكوس انجام شده كه به منظور هدفمند كردن تير در نرم افزار آباكوس، تير به 30 لايه در جهت ضخامت تقسيم‌بندي شده است. حداكثر نيروي تماسي بين ضربه زننده و تير در مدل تحليلي و شبيه سازي در نرم افزار آباكوس به ترتيب برابر 1062 و 1039 نيوتن با اختلاف 2.21 درصد و حداكثر جابجايي ضربه زننده در مدل تحليلي ارائه شده و شبيه سازي در نرم افزار آباكوس به ترتيب برابر 0.0104 و 0.0108 ميلي متر با اختلاف حدود 3.85 درصد بوده است. در انتها تاثير نوع تابع هدفمند شامل تركيبي از توابع نمايي و چندجمله‌اي، سرعت ضربه زننده شامل 1، 2 و 3 متر بر ثانيه، شعاع ضربه زننده شامل 8، 12.7 و 16 ميلي‌متر و دو نوع شرط مرزي گيردار و ساده بر روي تاريخچه نيروي تماسي و لهيدگي تير بررسي شده است. مشاهده شده است كه حداكثر و حداقل نيروي تماسي متعلق به تابع هدفمند چندجمله اي مرتبه اول و سوم و حداكثر و حداقل لهيدگي مربوط به تابع هدفمند چندجمله اي مرتبه سوم و اول بوده است.

In this research, analytical and numerical investigation of the ceramic- metal FGM beam under low velocity impact is carried out by first order shear deformation beam theory. The impactor is considered as rigid and spherical. The mass and stiffness matrixes are proposed by combination of Energy method, Ritz and Lagrange method. Also, simulation of low velocity impact on the ceramic- metal FGM beam is carried out by ABAQUS software in in which the beam is divided into about 30 layers in thickness direction in ABAQUS software to create a functionally graded beam. Maximum contact force between impactor and beam in analytical model and ABAQUS software is 1062 and 1039 N with 2.21 percent difference and maximum impactor displacement in analytical model and ABAQUS software is 0.0104 and 0.0108 mm with 3.85 percent difference. Finally, the effect of FGM function types include the combination of exponential and polynomial functions, impactor velocity include 1, 2 and 3 m/s, impactor radius include 8, 12.7 and 16 mm and simply and clamped supported boundary conditions are investigated on the contact force and indentation histories. The maximum and minimum contact forces belong to first and third order polynomial function and maximum and minimum indentations belong to third and first order polynomial function.