مطالعه عددي تأثير جنس و تعداد لايه‌هاي فلزي بر پاسخ مكانيكي سازه‌هاي فلزي چندلايه تحت بارگذاري ضربه سرعت پائين

Numerical Investigation of the Effects of Material and Number of Metal Layers on Low-Velocity Impact Response of Metal Laminates

در اين مقاله، رفتار مكانيكي سازه‌هاي فلزي چندلايه تحت بارگذاري ضربه سرعت پائين به كمك نرم‌افزار المان محدود ال اس داينا مورد بررسي قرار گرفته است. تأثير جنس و تعداد لايه‌هاي فلزي بر خروجي‌هاي ضربه شامل نيروي تماسي، مدت زمان تماس، ميزان جابجايي نقطه زيرين سازه و ميزان انرژي اتلافي مطالعه شده است. ابتدا تعداد لايه‌هاي فلزي ثابت و برابر دولايه فرض شده و تأثير استفاده از جنس فلزهاي مختلف شامل آلومينيوم 6061-T6، فولاد، سرب و آلومينيوم 6061 در اين دو لايه بررسي شده است. سپس جنس مورد استفاده براي ساخت سازه فلزي چندلايه ثابت فرض شده و با تغيير تعداد لايه‌ها از يك تا شش در ضخامت كل ثابت، تأثير تعداد لايه‌هاي فلزي مطالعه شده است. تنش تسليم و مدول الاستيسيته لايه‌هاي فلزي دو ويژگي مادي تأثيرگذار بر خروجي‌هاي ضربه هستند. افزايش تعداد لايه‌هاي فلزي در ضخامت ثابت، موجب كاهش نيروي تماسي و همچنين افزايش ميزان جابجايي و مدت زمان تماس شده است. نتايج مدل المان محدود حاضر، در مقايسه با نتايج ساير محققين و نتايج آزمايشگاهي صحه‌گذاري شد است.

In this paper, the mechanical behavior of multi-layer metal laminates was investigated under the low velocity impact loading using Ls-Dyna finite element code. The effects of material and number of the metal layers on the impact outputs including the contact force, the contact duration, the transverse displacement and the dissipated energy were studied. At the first step, the number of metal layers was set to be two layers and the effect of using different metal materials including Aluminum 6061-T6, steel, lead and Aluminum 6061 in the defined layers was investigated. At the second step, the material of the metal layers was fixed and the effect of changing the number of metal layers from one to six in a constant whole thickness was studied. The yield stress and the Young’s modulus were the most influencing material parameters on the mechanical behavior of metal laminates. The contact force was decreased while the contact duration and the transverse displacement increased by increasing the number of metal layers in a whole constant thickness. The results of the current finite element modeling were validated against the literature and the experimental investigations.