بررسي تجربي خواص خمشي تيرهاي ساندويچي با رويه‌هاي از جنس چندلايه‌هاي فلز- الياف

Bending Properties of Sandwich Beams with Fiber Metal Laminate Face Sheet

كاربرد سازه­هاي ساندويچي در سازه­هايي كه وزن در آنها اهميت زيادي دارد، مثل هواپيما­ها، قايق­ها و قطارهاي تندرو در حال افزايش است. انتخاب مناسب جنس هسته و رويه­ها از نكات مهم در طراحي سازه­هاي ساندويچي است. امروزه استفاده از رويه‌هاي فلزي يا كامپوزيتي رايج است. اما، هريك از اين مواد معايبي دارند كه كاربرد آنها را محدود مي‌سازد. از اين رو، چندلايه­هاي فلز- الياف با داشتن خواص مكانيكي مناسب كه تلفيقي از خواص فلزها و كامپوزيت­هاي اليافي است، مي‌توانند جايگزيني مناسب براي سازه‌هاي ساندويچي سنتي باشند. در اين پژوهش، رفتار تيرهاي ساندويچي با رويه‌هاي از جنس چندلايه‌هاي آلومينيم- الياف شيشه زير بار خمشي بررسي شد. براي انجام آزمون‌هاي تجربي سه گروه نمونه با رويه­هاي با لايه‌چيني متفاوت شامل AL/GE(0-90)/GE(90-0)/AL، AL/GE(0-90)/AL/GE(90-0) و GE(0-90-0-90-90-0-90-0) و هسته‌هاي از جنس اسفنج پلي‌يورتان با چگالي kg/m340 ساخته و آزمايش شده‌اند. نتايج به‌دست آمده نشان مي‌دهد، سازه‌هاي ساندويچي با رويه‌هاي از جنس چندلايه‌هاي فلز- الياف توزيع مناسب‌تري از بار را روي كل سازه ايجاد مي‌كنند و پيوستگي ساختاري آنها تا پايان مرحله فشردگي كامل هسته به‌خوبي حفظ مي شود. اتصال خوب لايه كامپوزيتي و هسته اسفنجي از ديگر نكاتي است كه ظرفيت تحمل بار سازه را افزايش مي‌دهد. در بخش تحليلي نيز با استفاده از روش كلاسيك، نمودارهاي نيرو- جابه‌جايي در ناحيه كشسان، براي هريك از نمونه‌ها به‌دست آمد. مقايسه نتايج تحليلي و تجربي نشان مي‌دهد، خرابي در تيرهاي ساندويچي با رويه‌هاي از جنس چندلايه‌هاي فلز- الياف به دليل بزرگ‌تربودن ناحيه كشساني، ديرتر شروع مي‌شود، پيش‌بيني تحليلي در ناحيه بزرگ‌تري منطبق بر نتايج تجربي است و مدل تحليلي رفتار اين تيرهاي ساندويچي را به‌خوبي پيش‌بيني مي‌كند.

Sandwich structures are widely used in aerospace, high speed trains and marine applications because of lightweight and high in-plane and flexural stiffness. Sandwich structures consist of two thin face sheets and a core. Face sheets usually are made from highly stiff and highly strong materials; In general, the face sheets may be of different metal or composite layers. Both metal and composite face sheets have advantages and disadvantages, and searching for new materials with better properties is in progress. In this paper flexural behavior of a new generation sandwich beams with fiber metal laminate (FML) face sheets were investigated experimentally. Three groups of specimens with different layer arrangements of face sheets consist of (Al/GE (0-90)/GE(90-0)/Al), (Al/GE(0-90)/Al/GE(90-0)) and (GE(0-90-0-90-90-0- 90-0)) and 40 kg/m3 polyurethane foam core were made and tested. The results show that sandwich beams with FML face sheets have better resistance against local loads, while composite faces are weak against intense loads. Also, FML faces are lighter than metal face sheets and have better connection to foam core. Also, a simple classical theory was used to predict the force-deflection behaviour of sandwich beams in elastic region. Good agreement between the experimental results and analytical prediction were obtained. Sandwich beams with FML face sheets have larger elastic region than beams with composite face sheets therefore agreement between the analytical and experimental results in these specimens are in larger area.