تأثیرات شرایط مرزی دلخواه بر پاسخ ورق چندلایة کامپوزیتی تحت ضربة با جرم بزرگ و سرعت‌پایین

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهران

2 دانشیار مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهران

3 استاد مهندسی مکانیک، گروه سازه های هوافضایی، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

چکیده

در این پژوهش، اثر شرایط مرزی دلخواه روی یک ورق چندلایة کامپوزیتی که تحت بار ضربه‌ای با جرم بزرگ و سرعت پایین قرار گرفته، بررسی شده است. هنگامی ضربه‌زننده جرم بزرگ تعریف می‌شود که نسبت جرم آن به جرم هدف بزرگتر از 2 باشد. به این منظور، تئوری مرتبه اول تغییر شکل برشی به عنوان میدان جابجایی ورق در نظر گرفته شده است. سپس با استفاده از ‌روش تحلیلی بر پایه‌ چند جمله‌ای‌های جبری مناسب و تابع وزنی گالرکین، معادلات حرکت برای چند نوع شرط مرزی مختلف حل شده است. همچنین، رفتار متقابل بین ضربه‌زننده و ورق مرکب به کمک یک سیستم دو درجه آزادی جرم- فنر مدلسازی شده است. نتایج نشان داد که شرایط مرزی اختیار شده روی فرکانس طبیعی ورق چندلایة کامپوزیتی مؤثر است. این تأثیرات در نیروی تماسی و جابه‌جایی ورق برای تکیه‌گاه‌های گیردار نسبت به ساده و آزاد قابل ملاحظه است. پارامترهایی مانند شرایط مرزی مختلف، جرم و سرعت ضربه‌زننده در یک مقدار انرژی جنبشی ثابت و شعاع ضربه‌زننده از عوامل مهم و تأثیرگذار در بررسی پدیدة ضربه و طراحی سازه‌ها می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Abrate S (1991) Impact on laminated composites. Appl Mech Rev 44(4): 155-190.

[2] Abrate S (1994) Impact on laminated composites: recent advance. Appl Mech Rev 47(11): 517-544.

[3] Abrate S (2001) Modeling of impacts on composite structures. Compos Struct 51(2): 129-138.

[4] Wang Z, and Xu J, Qiao P (2014) Nonlinear low-velocity impact analysis of temperature-dependent nanotube-reinforced composite plates. Compos Struct 108: 423-434.

[5] Yang M, Qiao P (2005) Higher- order impact modeling of sandwich structures with flexible core. Int J Solids Struct 42: 5460-5490.

[6] Payeganeh GH, Ashenai Ghasemi F, Malekzadeh K (2010) Dynamic response of fiber-metal laminates (FMLs) subjected to low-velocity impact. Thin-Walled Struct 48(1): 62-70.

[7] Belingardi G, Vadori R (2003) Influence of the laminate thickness in low velocity impact behavior of composite material plate. Compos Struct 61: 27-38.

[8] Abdullah MR, Cantwell WJ (2006) The impact resistance of polypropylene-based fibre–metal laminates Compos Sci Technol 66: 1682–1693.

[9] Her SC, Liang YC (2004) The finite element analysis of composite laminates and shell structures subjected to low velocity impact. Compos Struct 66: 277-285.

[10] Chun L, and Lam KY (1998) Dynamic response of fully-clamped laminated composite plates subjected low- velocity impact of a Mass method. Int J Solids Struct 35(11): 963-979.

[11] Aslan Z, Karakuzu R, Okutan B (2003) The response of laminated composite plates under low-velocity impact loading. Compos Struct (59)1: 119-127.

[12] Paknejad R, and Ashenai Ghasemi F, Malekzadeh Fard K (2014) Response of fully-clamped composite laminated plate subjected to low-velocity impact using Galerkin method. Modares Mechanical Engineering 14(1): 1-6. (in Persian)

[13] Khalili SMR, Malekzadeh Fard K, Veysi Gorgabad A (2013) Low velocity transverse impact response of functionally graded plates with temperature dependent properties. Compos Struct 96: 64-74.

[14] Zarei H, and Fallah M, Minak G, Bisadi H, Daneshmehr AR (2016) Low velocity impact analysis of fiber metal laminates (FMLs) in thermal environments with various boundary conditions. Compos Struct 149: 170-183.

[15] Malekzadeh P, Dehbozorgi M (2016) Low velocity impact analysis of   functionally graded carbon nanotubes reinforced composite skew plates. Compos Struct 140: 728-748.

[16] Kiani Y, Sadighi M, Jedari Salami S, Eslami MR (2013) Low velocity impact response of thick FGM beams with general boundary conditions in thermal field. Compos Struct 104: 293-303.

[17] Mindlin RD (1951) Influence of rotary inertia and shear on flexural motions of isotropic elastic plates. J Appl Mech Trans ASME 18: 31-38.

[18] Withney JM, Pagano NJ (1970) Shear deformation in heterogeneous anisotropic plates. J Appl Mech Trans ASME 37(4): 1031-1036.

[19] Reddy JN (2004) Mechanics of laminated composite plates and shells. 2nd edn. United States of America, CRC Press.

[20] Reddy JN (2007) Theory and analysis of elastic plate and shells. Second edn. Taylor & Francis.

[21] Pierson MO, Vaziri R (1996) Analytical solution for low-velocity impact response of composite plates. AAIA J 34(8): 1633-1640.

[22] Delfosse D, Vaziri R, Pierson MO, Poursartip A (1993) Analysis of the non-penetrating impact behavior of CFRP laminates. In:Proceeding of the 9th International Conference on Composite Materials (Madrid,Spain), Cambridge, England, UK: Woodhead Publishing 5: 366–373.

[23] Wu His-Yung T, and Chang Fu-Kuo (1989) Transient dynamic analysis of laminated composite plates subjected to transverse impact. Compu Struct 31(3): 453-466.

[24] Karas K (1939) Platten unter seitlichem Stoss. Ingenieur Archiv 10(4): 237-250.