بررسي تجربي و عددي تأثير ترك بين لايه‌اي بر ارتعاشات آزاد ورق ساندويچي موج‌دار با پوشش كامپوزيتي

Experimental and numerical investigation of interlayer crack effects on the Free-vibration of corrugated-face sheet composite sandwich plates

امروزه مواد كامپوزيتي و ساختارهاي ساندويچي به دليل خواص منحصر به‌فردي از جمله، نسبت استحكام به وزن بالا، مقاومت به خوردگي و توانايي جذب انرژي و صدا بسيار مورد استفاده قرار مي‌گيرند. موج‌دار كردن اين نوع ساختارهاي ساندويچي روشي مؤثر براي تقويت خواص مكانيكي آنهاست. در اين مقاله به بررسي ديناميكي اين سازه‌هاي موج‌دار براي عملكرد مطلوب در شرايط ارتعاشي پرداخته شده است. يكي از آسيب‌هاي مهم در مواد مركب لايه‌اي كامپوزيتي، ترك بين لايه‌اي و در نهايت جدايي بين لايه‌ها مي‌باشد. در روش المان محدود با استفاده از نرم‌افزار ANSYS به تحليل ارتعاشي ورق ساندويچي موج‌دار ذوزنقه‌اي همراه با ترك پرداخته شد. ورق مدل‌سازي شده يك مدل جديد از ورق‌هاي ساندويچي موج‌دار است كه داراي يك هسته موج‌دار نرم از جنس فوم و پوششي موج‌دار از جنس لايه‌هاي كامپوزيتي از نوع شيشه/ اپوكسي است. به منظور اعتبارسنجي و اطمينان از صحت رفتار ارتعاشي ورق مدل‌سازي شده، نتايج حاصل از تحليل مودال تجربي و روش المان محدود، مورد مقايسه قرار گرفته شد. تأثيرات ابعادي و موقعيت ترك بين لايه‌اي بر فركانس طبيعي بگونه‌اي بود كه با افزايش ابعاد ترك، فركانس طبيعي ورق كاهش يافته و با تغيير موقعيت آن در عمق ورق، اين فركانس نيز كاهش يافت. تغييرات در مشخصات ارتعاشي ورق ساندويچي، اطلاعات جامعي را براي آموزش و طراحي شبكه عصبي توليد مي‌كند تا يك روش مؤثر در عيب‌يابي و پيش‌بيني وقوع عيب بدست آيد.

Today, composite material and sandwich plate structures are used more and more due to the unique properties such as a high ratio of strength to weight, corrosion resistance and energy or sound absorption ability. Corrugating sandwich structures is an effective method to reinforce mechanical properties of the composite materials. In this paper, dynamic analysis of these corrugated structures was carried out for a desired performance in the vibratory condition. One of the most important damages in the composite material layers is an interlayer crack and also the separation between two layers. Vibration analysis of the trapezoidal corrugated sandwich plate was accomplished with ANSYS software using the finite element method. Simulated sandwich plate is a new model of corrugated sandwich plate which has a soft corrugated foam core and a cover of composite layers made from epoxy/glass. In order to validate the vibration behavior of the simulated sandwich plate, the results of experimental modal analysis were compared to the finite element method. The geometry and location effects of interlayer crack on natural frequencies of the plate were investigated. It was found that with increasing crack dimensions the natural frequencies of the plate decreases and also depth of crack causes decreasing the natural frequencies which are promising results compared to the other references. The changes in vibration characteristics of the sandwich plate can produce comprehensive data to be used in training and designing of the artificial neural network for a promising approach in fault detection and prediction field.