مدلسازي انتشار امواج جابهجايي حاصل از ضربه روي صفحات چندلايه كامپوزيتي

Analysis of Displacement Wave Propagation in Laminated Plates Subjected to Impact Force

در اين مقاله، انتشار امواج ناشي از ضربه روي ورقهاي كامپوزيتي چندلايه با روش المان محدود مورد بررسي قرار گرفته است. با درنظرگرفتن يك مدل المان محدود ماتريس‏هاي جرم، سفتي و نيرو بهدست آمده است. معادلات حركت حاكم بر ورق و ضربهزننده بهصورت كوپل و با استفاده از دو روش انتگرالگيري عددي نيومارك و روش نيكلسون حل شده است. براي مدلسازي نيروي برخورد، از قانون تماس اصلاحشده هرتز بهره گرفته ‏شده؛ بهطوريكه مدل ايجادشده قابليت درنظرگرفتن دفعات متعدد بارگذاري و باربرداري در حين برخورد را دارد. در قسمت نتايج بعد از مقايسه دو روش انتگرالگيري، مقدار بهينه براي پارامترها انتخاب شده است. همگرايي نتايج عددي با افزايش تعداد المان‌ها مورد بررسي قرار گرفته است و اثر شرايط مرزي بر مقدار حداكثر نيروي برخورد و تعداد دفعات برخورد مورد بررسي قرار گرفته است. انتشار امواج ناشي از ضربه براي شرايط مرزي مختلف ورق مورد بررسي قرار گرفته و زمان و چگونگي انتشار امواج و برخورد آن با مرزها و نيز شكل امواج در زمان‌هاي مختلف از جمله زمان اتمام تماس و زمان رسيدن نيروي تماس به ماكزيمم مقدار بهدست آمده است. تحليل نتايج مشخص مي‌كند كه، چگونگي انتشار امواج به شرايط مرزي وابستگي زيادي داشته و به نوع لايه‌گذاري نيز بستگي دارد و سرعت انتشار امواج در جهات مختلف براي ورق كامپوزيتي متفاوت است.

In this paper, the propagation of the waves in the laminated composite plates which is subjected to low velocity impact is investigated using the finite element method. Considering a finite element model the governing equations of the problem are discretized and the mass, stiffness and force matrix are obtained. The governing equations of the plate and the projectile are solved in the time domain using the Newmark and Nicolson numerical integration method. The contact force is modeled using the modified Hertz contact law. The propagation of the waves in the plate with different sets of edge boundary conditions are studied in the numerical results. The node dependency of the results is investigated and the effects of boundary conditions of the plate on the maximum impact load are studied. Various results for the propagation of the wave in the time domain are presented and the time history of the contact force, impact time duration and second impacts are studies in the numerical results. The analysis of results indicates that the wave propagation depends on the boundary conditions of the plate and the layer stacking of the composite plate.