حساسيت رفتار مكانيكي سازه‌هاي چندلايه فلزي به مكان تغييرات خواص مادي در بارگذاري ضربه‌اي

Sensitivity of the impact behavior of multi layered metal laminates to the position of material parameters variations

استفاده از مواد فلزي با جنس هاي متفاوت در سازه‌هاي فلزي چندلايه، امكان طراحي سازه‌هايي با رفتار مكانيكي مناسب را فراهم مي‌آورد. بنابراين بررسي اثر تغييرات پارامترهاي مادي لايه‌هاي فلزي به منظور بهينه‌سازي رفتار ضربه اي اين سازه ها ضروري به نظر مي‌رسد. در اين مقاله با استفاده از يك مدل المان محدود، رفتار الاستوپلاستيك سازه هاي فلزي چندلايه تحت بارگذاري ضربه اي سرعت پائين، بصورت خروجي هايي شامل نيروي تماسي، جابجايي عرضي، انرژي كرنشي الاستيك و پلاستيك و همچنين انرژي جنبشي ضربه زننده ارزيابي شده است. آلومينيوم 6061 به عنوان ماده پايه‌ي لايه‌هاي فلزي انتخاب شده و مواد فرضي ديگري كه تنها در ميزان تنش تسليم يا مدول الاستيسيته با ماده ي پايه متفاوتند، جهت اعمال تغييرات خواص مادي در نظر گرفته شده اند. چيدمان هاي مختلفي از فلز پايه و مواد فرضي انتخاب شده‌اند تا علاوه بر مشاهده‌ي اثر تغيير خواص مادي بر رفتار مكانيكي، موقعيت مكاني اين تغييرات در لايه هاي مختلف نيز مقايسه گردد. نتايج مطالعات نشان مي‌دهد كه اثر خمش در لايه‌ي ابتدايي و انتهايي موجب حساسيت بيشتر رفتار سازه به تغييرات خواص اين لايه‌ها نسبت به لايه‌ي مياني مي‌شود. از سوي ديگر اثر تغييرشكل‌هاي موضعي در لايه‌ي ابتدايي، باعث شدت بيشتر تغييرات رفتار سازه در آن نسبت به لايه‌ي انتهايي مي‌گردد. نتايج مدل‌سازي حاضر با نتايج آزمايشگاهي و عددي مقايسه شده و انطباق خوبي بين آنها مشاهده شد

The possibility of using different materials for different layers of adhesively bonded metal laminate (ABML) structures is an important advantage over the monolithic structures which facilitate smart design of the metal laminate structures. Therefore, studying the effects of the material parameters of the metal layers on mechanical behavior of ABML under various loading conditions seems to be necessary. In this paper, a finite element model was developed to study the elastic plastic behavior of ABML under low velocity impact loadings. This model was very well validated against the experimental and other numerical results. The effects of the material parameters including the Youngʹs modulus and the yield stress of different layers on the impact responses of the ABML structure were investigated numerically. The contact force, the transverse displacement, the plastic strain energy, the elastic strain energy and the impactorʹs kinetic energy were considered in this paper as the major impact responses. Al 6061 was selected as the base material. The Youngʹs modulus and the yield stress of the base material were varied to form artificial materials for studying the corresponding effects on the impact responses of the ABML plates. The ABML plates with various stacking sequences of the base and artificial materials were modeled to study both the effect of varying material parameters and the position of the material parameters variations on the impact behaviors of ABML. The results indicated that the impact responses of the ABML plate were much more sensitive to the material characteristics of the top and bottom metal layers than the middle layers due to the bending effects. Moreover, the material parameters of the top metal layer is more influencing on the impact responses of the ABML plates due to the local deformations.