روش‌هاي جديد تخمين نيروي تماس ضربه سرعت پايين بر روي ورق‌هاي چندلايه كامپوزيت-فلز

New Contact Force Estimation Procedures with Application to Low-Velocity Impact on Fiber Metal Laminate (FML) Plates

در اين مقاله پاسخ ضربه سرعت پايين بر ورق‌هاي كامپوزيت-فلز (FML) با استفاده از سه مدل جديد مورد بررسي قرار مي‌گيرد. ورق مورد بررسي اورتوتروپيك ويژه مي­باشد. شرايط مرزي به صورت تكيه‌گاه ساده و رفتار ماده، الاستيك خطي در نظر گرفته شده است. روابط برمبناي نظريه كلاسيك ورق بوده و روش سري‌هاي فوريه براي حل روابط تحليلي استفاده شده است. جرم ضربه‌زننده بزرگ و لذا پاسخ ضربه، شبه‌استاتيك در نظر گرفته شده است. در روش اول، تاريخچه نيروي تماس ابتدا به صورت يك نيم‌سينوس در نظر گرفته شده و سپس بيشينه نيروي تماس و مدت تماس محاسبه مي‌شود. در روش دوم، يك مدل جرم و فنر دو درجه آزادي، با محاسبه سفتي تماس مؤثر طي يك چرخه تكرار سريع، بيان مي‌شود. در روش سوم كه براي نخستين بار در اين مقاله ارائه شده است، ورق به صورت جرم و فنرهاي سري كه تشكيل يك مدل جرم و فنر چند درجه آزادي مي‌دهند، در نظر گرفته شده و نيروي اعمالي بر فنر آخر، به ‌عنوان نيروي تماس معرفي شده است. اعتبارسنجي اين مدل‌ها با مقايسه نتايج با نتايج تحليلي و تجربي تحقيقات گذشته، انجام شده و تطابق خوبي مشاهده شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه مدل جديد جرم و فنر چند درجه آزادي، خيز ورق را در محل اعمال ضربه، با دقت بيشتري در مقايسه با مدل جرم و فنر دو درجه آزادي به دست مي‌دهد.

In this paper, the low-velocity impact response on fiber metal laminate (FML) plates is investigated using three new models. The boundary conditions are considered as simply supported and the behavior of the material is linear elastic. The relationships are based on classical plate theory and the Navier method is used to solve the governing equations. The mass of the impactor is considered to be large and therefore the impact response is categorized as quasi-static. In the first impact model, the contact force history is first considered as a half-sine and then the maximum contact force and contact duration are calculated. In the second model, a two-degree-of-freedom (TDOF) spring-mass system is expressed by calculating the effective contact stiffness using a fast iterative scheme. In the third model, which is expressed for the first time in this paper, the plate is considered as a series of masses and springs constructing a multi-degree-of-freedom (MDOF) spring-mass system and the applied force on the last spring is introduced as the contact force. Validation of these models is done by comparing the results with the analytical and experimental results and shows good agreement. Results show that the new MDOF sprin-mass sysem is more accuracte for calculating the deflection of the plate at the impact point rather than the TDOF sprin-mass system.