شبيه‌سازي عددي ضربه سرعت پايين ورق كامپوزيتي مستطيلي تقويت‌شده با نوارهاي آلياژ حافظه‌دار با در نظر گرفتن تغييرات محلي و لحظه‌اي فازها

Numerical Simulation of Low-Velocity Impact of Rectangular Composite Plates with Embedded SMA Strips, Considering the Instantaneous Local Phase Changes

در اين مقاله، تحليل ديناميكي غيرخطي ضربه كم‌سرعت ورق كامپوزيتي مستطيلي تقويت‌شده با آلياژ حافظه‌دار انجام شده است و، براي اولين بار تغييرات لحظهاي و غيريكنواخت بودن مكاني ميزان تبديل فاز آستنيت به مارتنزيت و برعكس با استفاده از كد نويسي صورت پذيرفته در نرم‌افزار آباكوس شبيه‌سازي‌شده است. همچنين بجاي استفاده از نظريه‌هاي تقريبي ورق، از شبيه‌سازي سه‌بعدي براي استخراج پاسخ‌هاي ضربه بر پايه نظريه الاستيسيته استفاده گرديده است. در انتها، بررسي اثر پيش‌بار، خارج از مركز بودن ضربه و انرژي ضربه‌زننده بر پاسخ ضربه ورق صورت گرفته است. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه خاصيت سوپر الاستيسيته آلياژ حافظه‌دار باعث مي‌شود كه اين آلياژ در حين ضربه با تشكيل حلقه هيسترزيس انرژي زيادي را جذب ‌كند كه اين امر باعث بهبود مقاومت به ضربه ورق كامپوزيتي و كاهش آسيب ناشي از ضربه مي‌گردد. همچنين در حالت ضربه خارج از مركز و در حالت پيش‌بار كششي به دليل كاهش آزادي حركت كلي ورق، نيروي تماسي افزايش مي‌يابد كه نتيجه آن افزايش احتمال آسيب پديد آمده است.

In the present paper, nonlinear dynamic analysis of low-velocity impact of rectangular composite plates reinforced by SMA strips is investigated and the effects of the instant phase changes and the local and istatantaneous non-uniform distribution of transformation of the austenite to martensite phases and vice versa is considered, for the first time, implementing a written user defined material subroutine code in the ABAQUS/EXPLICIT finite element analysis code. In contrast to the available models which have used the approximate plate theories, a 3D finite element simulation is utilized for extracting the impact responses based on the elasticity theory. Finally, effects of different parameters such as the in-plane preloads, eccentricity, and indenter energy on the impact responses of the hybrid composite plate are investigated. The simulation results indicate that the SMA can absorb a remarkable portion of the stored impact-induced strain energy due to the superelastic and hysteretic natures of the SMA material, which results in increasing impact strength of the composite plate and decreasing the damage caused due to the impact. Moreover, results show that in the cases of the eccentric impact and presence of the tensile preloads, the contact force increases due to the less movability of the impacted point of the plate; a fact that may lead to higher damages.