بررسي تحليلي و عددي صفحات كامپوزيتي تحت بارگذاري ضربه‌اي سرعت پايين با پرتابه‌هاي متفاوت

Analytical and Numerical study of composite plates under impact loading at low velocity with different strikers

در پژوهش حاضر اثر شكل پرتابه بر روي پاسخ صفحات كامپوزيتي ارتوتروپيك به روش تحليلي و عددي براي دو حالت بدون‌ لايه‌ لايه‌ شدگي و با ‌لايه‌ لايه‌ شدگي مورد بررسي قرار گرفته است. در روش تحليلي از مدل جرم و فنر استفاده شده و روش جديدي براي بررسي برخورد دو پرتابه تخت و مخروطي ارائه شده است. در روش عددي برخورد انواع پرتابه‌ها به ورق با استفاده از بسته اجزا محدود انسيس و ال اس داينا شبيه‌سازي شده است. كامپوزيت مورد استفاده از جنس كربن/ اپوكسي است و ضخامت صفحه در اندازه‌هاي 6 , 4 ,2 ميلي‌متر بررسي شده است. جرم ضربه‌زننده 3گرم و سرعت برخورد براي هر ضخامت ورق متفاوت مي‌باشد. براي بررسي اثر شكل پرتابه سه نوع ضربه‌زننده كروي، مخروطي و استوانه اي سر تخت مدلسازي شده است. زمان برخورد، بيشينه و تاريخچه جابه‌جايي مركز ورق و نيروي تماس براي سه ضربه‌ زننده مختلف بدست آمده و با يكديگر مقايسه شده اند. نتايج عددي و تحليلي بدست آمده در اين پژوهش با يكديگر مقايسه شده است و نتايج داراي تطابق و همگرايي خوبي هستند. طبق نتايج بدست آمده در همه پرتابه‌ها، بيشينه جابه‌جايي در مركز ورق در هنگامي كه لايه‌ لايه‌ شدگي اتفاق مي‌افتد، بيشتر از زماني‌ست كه آسيبي رخ نمي‌دهد. همچنين طبق نتايج بدست‌آمده بيشينه جابه‌جايي در مركز ورق براي هر دو حالت با و بدون لايه‌ لايه شدگي براي پرتابه تخت در مقايسه با ديگر پرتابه‌ها كمتر است و بلعكس بيشينه نيروي تماس براي هر دو حالت با و بدون لايه‌لايه شدگي براي پرتابه تخت بيشتر است.

In this research the influence of the striker shape on orthotropic composite plates for states, no damage (delamination) and damaged (delamination) are studied. In the analytical method, the spring mass system is used and new analytical model for flat and conical strikers are investigated. In the numerical method, the impact of different strikers on the composite laminate is simulated by using of finite element package (Ansys/Ls Dyna). These studies have been done on plates made of carbon and epoxy and the sheet thickness has been investigated in the size of 2, 4 and 6 mm. The striker mass is 3 g and its velocity for each thickness is different. To investigate the effects of the striker shape, three nose shapes spherical, conical and cylindrical with flat nose are modeled. The impacting time, the displacement time history and the maximum central deflection, and the contact force for all strikers are obtained and compared with each other. The results of analytical model are good agreement with numerical simulation. According to the results, when the delamination occurs, the maximum central deflection is more than once that damage dose not occurs. According to the results, the maximum central deflection of the flat striker on for both cases, with and without delamination, is less than the other strikers, conversely, the maximum contact force is more than the other strikers.