تحليل ورق دايروي از جنس چندلايه هاي فلزي-اليافي با الياف خميده تحت بار ضربه سرعت پايين

Analysis of circular fiber metal laminate plates with curvilinear fiber under low velocity impact loading

در اين پژوهش رفتار ورق دايروي از جنس چندلايه‌هاي فلزي-اليافي با الياف خميده تحت ضربه سرعت پايين به روش تحليلي مورد مطالعه قرار گرفت. لايه‌هاي كامپوزيت از جنس شيشه-اپوكسي هستند كه بين دو لايه آلومينيوم 3T-2024 قرار گرفته‌اند. معادلات ديفرانسيل حركت با استفاده از مدل جرم و فنر و با لحاظ شرايط اوليه مناسب براي مراحل بارگذاري و باربرداري فرمول‌بندي شده‌است. تغييرشكل آلومينيوم به صورت صلب-پلاستيك كامل و تغييرشكل لايه‌هاي كامپوزيت به صورت الاستيك خطي ايده‌آل‌سازي شده‌است. با استفاده از اصل مينيمم‌سازي انرژي پتانسيل، به‌كارگيري كرنش فون كارمن و صرف‌نظر كردن از جابجايي‌هاي صفحه‌اي و انرژي كرنشي خمشي، رابطه غيرخطي بين نيروي تماسي و خيز ورق استخراج شده است. هم‌چنين روشي براي محاسبه سفتي متوسط ورق ارائه و از آن براي تخمين خرابي داخلي ناشي از لايه‌لايه‌شدگي استفاده شده است. تأثير چيدمان و پارامترهاي هندسي ورق و ضربه‌زننده روي پاسخ ورق بررسي شده‌ است. توابع مختلف براي توصيف تغييرشكل ورق تحت بارگذاري ارزيابي و نتايج جهت اعتبارسنجي با نتايج تجربي مقايسه شده است. هم‌چنين امكان بهبود عملكرد ورق كامپوزيتي تحت بارگذاري ضربه با استفاده از مفهوم سفتي متغير از طريق الياف خميده بررسي گرديده است. نتايج تحليل نشان‌دهنده تغيير توزيع تنش مطابق با مسير الياف خميده در چندلايه‌هاي با سفتي متغير است. اما ماكزيمم خيز و نيروي ضربه در چندلايه‌هاي با سفتي متغير مشابه نمونه‌هاي معمولي با سفتي ثابت است.

In the present study, the behavior of circular plate made of fiber-metal laminates with curvilinear fiber subjected to low velocity impact is investigated using an analytical method. The composite layers are made of glass-epoxy that placed between two layers of Aluminum 2024-T3. Differential equations of motion are formulated using the springmass model and appropriate initial conditions for loading and unloading stages. The deformation of aluminum were idealized as rigid-perfectly plastic and the composite layers as linear elastic. Using the principle of minimum total potential energy, applying the Von Karman strain and by neglecting the contribution of the in-plane displacements and bending strain energy, the nonlinear relationship between the contact force and deflection is derived. Also, a method for calculating the average stiffness of the plate is developed and employed to estimate the internal damage due to delamination. The effect of the layup and geometric parameters of the plate and the impactor on the plate response is investigated. Different functions are examined to describe the shape of the deformed plate under loading and the results are compared with the experimental data for validation purpose. Furthermore, an investigation of the possible performance improvements of a composite plate under impact loading through the use of the variable stiffness concept with curvilinear fiber is presented. The analytical results indicate the alteration in load paths and favorable stress distributions within the variable stiffness laminates. However, the maximum deflection and the contact force of variable stiffness laminates are similar to the conventional, constant stiffness ones.