بررسي رفتار پوسته‌هاي استوانه‌اي با توزيع‌هاي ضخامت مختلف تحت بارگذاري‌هاي محوري شبه استاتيكي و ضربه‌اي

An investigation into the behavior of cylindrical shells with different thickness distributions under axial quasi-static and impact loadings

در اين مقاله، رفتار پوسته‌هاي استوانه‌اي با توزيع‌هاي ضخامت ثابت و ضخامت متغير تحت بارگذاري محوري شبه استاتيكي به صورت تجربي و تحت ضربه محوري به صورت تجربي و عددي مورد بررسي قرار گرفته است. پوسته‌هاي استوانه‌اي با توزيع‌هاي ضخامت ثابت و ضخامت متغير مورد بررسي، از جنس فولاد و داراي قطر داخلي، طول و وزن يكسان مي‌باشند. پوسته‌هاي استوانه‌اي به وسيله دستگاه سقوط آزاد جرم تحت ضربه قرار مي‌گيرند و منحني‌هاي تجربي نيروي محوري بر حسب زمان با استفاده از لودسِل به دست آورده مي‌شوند، همچنين، براي شبيه‌سازي فرآيند‌هاي ضربه از نرم‌اَفزار المان محدود آباكوس استفاده شده است. تاثير توزيع ضخامت بر ميزان كوتاه‌شدگي، انرژي جذب شده، شكل كمانش و منحني نيروي محوري بر حسب زمان پوسته‌هاي استوانه‌اي مورد بررسي قرار گرفته است. پي برده مي‌شود كه در بارگذاري محوري شبه استاتيكي، تغيير در توزيع ضخامت پوسته مي‌تواند شكل كمانش را از كمانش تركيبي (تركيبي از مودهاي متقارن و الماسي) به كمانش متقارن پيشرونده انتقال دهد. همچنين در بارگذاري محوري ضربه‌اي، تغيير در توزيع ضخامت پوسته مي‌تواند تعداد چروك‌هاي كامل شده را تحت تاثير قرار دهد. بررسي‌ها حاكي از آن است كه در شرايط انرژي ضربه يكسان، پوسته ‌استوانه‌اي با توزيع ضخامت متغير، با كوتاه‌شدگي بيشتر، انرژي تقريباً يكساني را در مقايسه با پوسته‌ استوانه‌اي با توزيع ضخامت ثابت جذب مي‌نمايد و نيروهاي ميانگين و بيشينه كمتري را به سازه تحت حافظت انتقال مي‌دهد، لذا پوسته استوانه‌اي با توزيع ضخامت متغير جاذب انرژي بهتري است. مشخص مي‌شود كه تطابق خوبي بين نتايج تجربي و عددي برقرار است.

In this paper, the behavior of cylindrical shells with uniform thickness and functionally graded thickness distributions subjected to axial quasi-static loading is investigated experimentally and subjected to axial impact is investigated experimentally and numerically. Steel cylindrical shells with uniform thickness and functionally graded thickness distributions have the same inner diameter, length and weight. Cylindrical shells are impacted by the drop hammer apparatus and experimental axial force-time curves are obtained by using a load cell; in addition, impact simulations are done by Abaqus finite element software. The effect of thickness distributions on the shortening, energy absorption, buckling shape and axial force-time curve of cylindrical shells is investigated. It is found that for axial quasi-static loading, a change in thickness distribution of cylindrical shell is able to convert the buckling shape from mixed buckling (a combination of axisymmetric and diamond modes) to progressive buckling, also for axial impact loading, a change in thickness distribution of cylindrical shell can affect the number of complete folds. The studies also suggest that at the same impact energy, functionally graded thickness distribution cylindrical shell compared with uniform thickness distribution cylindrical shell absorbs approximately the same energy with more shortening and transforms less mean load and peak load to under protected specimen, thus, functionally graded thickness distribution cylindrical shell is a better energy absorption specimen. Good agreement is found between the experimental and numerical results.