بررسي تجربي و تحليلي ضربه كم سرعت بر صفحات چندلايه اي فلز- الياف

Fiber Metal Laminates under Low Velocity Impact: An Experimental / Analytical Approach

چندلايه اي هاي فلز- الياف از كنار هم قرار گرفتن صفحات فلزي و لايه هاي ساخته شده از كامپوزيت هاي اليافي تشكيل مي شوند. خواص مكانيكي مناسب، باعث شده اين كامپوزيت ها كاربرد گسترده در صنايع، به ويژه صنايع هواپيماسازي پيدا كنند. در اين پژوهش، رفتار چندلايه اي هاي فلز- الياف زير بار ضربه بررسي شده است. در تحليل چندلايه اي ها از روش انرژي استفاده شد. در اين روش با استفاده از شكل ساده شده معادلات فون- كارمن جمله هاي مختلف انرژي براي سازه زير بار ضربه محاسبه شد. به منظور انجام آزمون هاي تجربي نيز دو گروه نمونه با زاويه الياف متفاوت ساخته شد و هر نمونه در دوسطح مختلف انرژي، به وسيله دستگاه ضربه ثقلي مورد آزمايش قرار گرفت. در هر دو سطح انرژي، نمونه هاي متقارن از نمونه هاي نامتقارن مقاومت بيشتري نشان دادند. با افزايش سرعت اوليه ضربه زننده و در نتيجه افزايش انرژي ضربه در محدوده بررسي شده، تعداد لايه هاي جداشده، مساحت ناحيه جدايش لايه ها و نيز تعداد لايه هاي شكسته شده افزايش مي يابد، اما روند جذب انرژي براي نمونه ها درمقايسه با سطح كمتر انرژي، تغييري نمي كند. مقايسه نتايج تحليلي با نتايج تجربي نشان داد، روش تحليلي به كار گرفته شده براي پيش بيني خواص ضربه چندلايه اي هاي فلز- الياف مناسب است.

Fiber/ metal laminates (FMLs) are hybrid composites consisting of alternating thin layers of metal sheets and fiber reinforced epoxy laminates. In this study, the effect of fiber orientation on impact properties of FML plates is investigated both analytically and experimentally. Two groups of specimens were prepared and tested in two different levels of impactor energy. The indentation depth and damage size after impact is measured and delamination area is specified for each specimen. Increasing impactor energy causes more fractured layers, more debonding and delaminations area but the trend was similar to lower level energy. The analysis was based on a method of minimum total potential energy and the von Karman strain displacement equations. Good agreement is obtained between the model predictions and experimental results.