مطالعه عددي و تجربي جدايش رويه از هسته در سازه‌هاي ساندويچي كامپوزيتي با هسته موج‌دار تركيبي تحت بار خمشي

Numerical and experimental investigation of skin/core debonding in composite sandwich structures with corrugated core under bending loading

سازه‌هاي ساندويچي سازه‌هايي هستند كه از دو رويه با خواص مكانيكي بالا و هسته‌اي ضخيم ولي ضعيف و سبك تشكيل شده‌اند. به دليل استحكام و سفتي ويژه بالا،‌‌‌‌‌‌ به طور وسيعي در سازه‌‌هاي مهندسي از قبيل سازه‌هاي هوافضايي، بدنه كشتي‌ها، پره‌هاي توربين و... از اين سازه ها استفاده مي‌شود. يكي از اصلي ترين مكانيزم‌هاي خرابي اين سازه‌ها جدايش بين رويه و هسته مي‌باشد. در اين تحقيق جدايش بين رويه و هسته تحت بارگذاري خمشي استاتيكي در سازه‌هاي ساندويچي با رويه‌هاي كامپوزيتي و هسته‌ي تركيبي ازجنس فوم پي‌وي‌سي و يك چندلايه‌ي كامپوزيتي موج‌دار با هندسه‌ي مربعي به صورت تجربي و عددي مورد بررسي قرار گرفته است. در هريك از نمونه‌ها يك ترك اوليه ايجاد شده تا جدايش بين رويه و هسته اتفاق بيفتد و نتايج با نمونه مرجع كه هسته آن ساده و فقط از فوم تشكيل شده مقايسه شده است. تاثير ضخامت رويه‌ها بر مقاومت جدايش نيز مورد بررسي قرار گرفته است. از آزمون خمش سه نقطه اي مطابق با استاندارد ASTM به همراه فيكسچرENS براي آزمون تجربي نمونه ها استفاده شده است. نتايج نشان دادند كه در نمونه‌هاي مربعي با رويه‌ي سه و شش لايه رويه‌ي بالايي قبل از جدا شدن از هسته شكست شده و بيشترين بار قابل تحمل براي نمونه‌ي مربعي با رويه‌ي هشت لايه تا قبل ازجدايش269.26 نسبت به نمونه‌ي مرجع افزايش داشته است. تحليل عددي جدايش در نرم‌افزار المان محدود و با استفاده از مدل ناحيه چسبنده انجام شده است. نتايج تطابق نسبي خوبي را بين داده‌هاي عددي و تجربي نشان دادند.

Sandwich structures are consisted of two thin skins with high mechanical properties and a thick core with lower mechanical properties and weight. Due to high strength/ stiffness to weight ratio, these structures are used extensively in engineering structures such as aerospace structures, ship hulls, turbines blades, etc. Skin/core debonding is one of the major failure modes in these structures. In this paper, debonding resistance of sandwich panels with composite skins and a core consisted of PVC foam and a corrugated composite laminate is investigated both experimentally and numerically. Square geometry is considered for corrugated composite laminate and obtained results are compared with reference specimen with simple core made of PVC foam. The three point bend test with attached ENS fixture is used to perform the standard experimental test. The results have shown that in square specimen with 3 and 6 layer skin before the separation between skin/core, the specimens are failed from the middle of the upper skin, but for 8 layer skin, the skin/core debonding are accured before other modes of failure. The maximum skin/core debonding resistance for square specimen are increased 269.26 percent. Specimens are modeled in Abaqus and results show a reasonable agreement between experimental and numerical result.