استخراج زمان كاويتاسيون ورق مستطيلي مستقر در زيرآب تحت بار ديناميكي لحظه اي

Derivation of cavitation time of underwater rectangular plate subjected to impulsive dynamic loading

در اين مقاله به مطالعه ي رفتار يك ورق مستطيلي ايزوتروپيك از جنس مس و فولاد با شرط مرزي گيردار تحت بار انفجاري مستقر در زيرآب پرداخته‌شده است. يكي از پديده هايي كه در اين فرايند اتفاق مي افتد بروز پديده ي كاويتاسيون است. در زمان كاويتاسيون فشار كل ناشي از انفجار صفر شده و بنابراين معادلات حاكم بر حركت جسم در زمان قبل و بعد از زمان كاويتاسيون متفاوت خواهند بود. به ‌اين‌ علت در بررسي رفتار يك جسم تحت بارگذاري انفجاري زيرآب زمان كاويتاسيون از اهميت بالايي برخوردار است. براي محاسبه ي زمان كاويتاسيون ابتدا معادلات حاكم بر حركت مستطيلي با رويكرد به‌كارگيري معادلات انرژي و استفاده از اصل هاميلتون استخراج‌ شده است. سپس به حل دقيق ارتعاشات آزاد ورق به‌منظور استخراج شكل مدهاي ورق پرداخته‌ شده و از اين شكل مدها براي حل تحليلي پاسخ اجباري ورق استفاده ‌شده است. در ادامه با به دست آوردن سرعت ورق در زمان كاويتاسيون و محاسبه ي تنش ايجاد شده و مقايسه آن با تنش تسليم، امكان تشخيص زمان بروز كاويتاسيون در محدوده ي الاستيك يا پلاستيك فراهم مي شود. نتايج نشان مي‌دهد كه زمان كاويتاسيون از مرتبه ميكروثانيه مي-باشد.

In this paper, the behavior of copper and steel rectangular plates with clamped boundary conditions subjected to underwater explosion loading is investigated. Cavitation is a phenomenon that occurs in this process. During the cavitation, the total pressure of the explosion becomes zero, so that the governing equations of motion time will be different before and after the cavitation. As a result, in terms of analysis and design, the cavitation time is significant in studying the behavior of a rectangular plate at underwater explosive loading. To calculate the cavitation time, the equations of motion of a rectangular plate underwater explosive loading are derived first, based on Hamilton principle and variation method. Then, in order to obtain the forced response of the rectangular plate, the exact free vibration solution of the rectangular plate is derived for exact mode shapes. Then, the speed and generated stress of plate during cavitation time are calculated and compared with the yield stress of copper and steel rectangular plates. Using this method, one can distinguish the cavitation with in the elastic or plastic regimes. Results show that the cavitation time is on the order of microsecond.