پاسخ دینامیکی تیر ساندویچی خمیده دارای هسته انعطاف‌پذیر تحت ضربه شعاعی با سرعت پایین

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

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

2 دانشیار مهندسی مکانیک، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

3 کارشناس ارشد مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجائی، تهران

چکیده

در مقاله حاضر پاسخ دینامیکی یک تیر خمیده با هسته انعطاف پذیر تحت یک ضربه عرضی شعاعی با سرعت پایین در وسط رویه بالا، مطالعه شده است. این پاسخ شامل جابجایی شعاعی و محیطی رویه‌ها و هسته و تنش‌های برشی و شعاعی در هسته است. ابتدا از تئوری برشی مرتبه بالا برای میدان جابجایی استفاده شد. نیروی ضربه نیز با مدل جرم و فنر دو درجه آزادی برای محدوده بارگذاری الاستیک معادل سازی گردید و از اصل همیلتون برای استخراج معادلات حاکم بر حرکت تیر استفاده شد. نتایج بدست آمده با نتایج حاصل از نرم افزار المان محدود آباکوس و آخرین تحقیقات انجام شده مقایسه شدند. آنگاه نحوه تاثیر خصوصیات اجزای سازه‌ی ساندویچی نظیر مدول الاستیسیته هسته و ضخامت هسته بر جابجایی شعاعی و تنش برشی تیر و نیز تاثیر سرعت ضربه زننده و ضخامت هسته بر مقدار نیروی ضربه مورد برسی قرار گرفت. مشخص گردید که با دو برابر شدن نسبت مدول الاستیسیته هسته به رویه بالایی (از 05/0 تا 1/0)، جابجایی هسته تنها 1/0 درصد کاهش می‌یابد. در حالی که با افزایش نسبت ضخامت هسته به تیر (از 1/0 تا 9/0)،جابجایی هسته تا 6 برابر کاهش خواهد یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] J. M. Whitney, N. J. Pagano, “Shear deformation in heterogeneous anisotropicplates ”, j.appl.mech,1970, pp.1031-1036.

[2] N. J. Pagano, “Exact solutions for rectangular bidirectional composites and sandwichplates”, journal of composites materials, vol.4, 1970, pp.20-34.

[3] Y. M. Forstig, O. Baruch, I. Shteinman, “Higher-order theory for sandwich beams behavior with transversely flexible core”,journal of engineeringmechanics, vol.118,1992, pp.1026-1043.

[4] Y. M.Frostig, “Buckling of sandwich panels with a flexible core higher order theory”, International Journal of Solids and Structures, vol.35, 1998, pp. 183–204.

[5] E. Bozhevolnaya, Y. M. Frostig, “Free Vibrations of Curved Sandwich Beams with a Transversely FlexibleCore”,journal of Sandwich Structures and materials, vol. 3, 2001, pp. 311-342.

[6] Y. M. Frostig, O. T. Thomsen, high-order free vibrations of sandwich panels with a Flexible core". Journal of solid and structure, vol.41,2004, pp.1697-1724.

[7] S. Abrate, “Impact on Laminated Composite Materials”, Journal of Applied Mechanic Rev., Vol. 44,1991, pp.155-190.

[8] S. Abrate, “Impact on Laminated Composites: recent advances”, Journal of Applied Mechanic Rev, Vol.47,1994, pp.517-544.

[9] R. Olsson, “Impact Response of Orthotropic Composite Plates Predicted from a Oneparameter Differential Equation”, Journal of AIAA, Vol. 30,1992, pp. 1587-1596.

[10] K.N. Shivakumar, W. Elber, W. Illg, “Prediction of Impact Force and Durationdue to Low-Velocity Impact on Circular Composite Laminates”, Journal ofApplied Mechanics, Vol.52,1985, pp. 674-680.

[11] P. christoforou, H. Lotfi,“An inverse solution for low-velocity impact in composite plate”, composite and structure,  Vol. 79,2001, pp. 2607-2619.

[12] S. R. Swanson, N. L. Smith, Y. Qian, “Analytical and experimental strain response in impact of composite cylinders”, Composite structures,Vol. 18, 1991, pp. 95-108.

[13] M. R. Khalili, “Analysis of the Dynamic Response of Large Orthotropic Elastic Plates to Transverse Impact and its Application to Fiber Reinforced Plates”, ]PhDThesis[, Indian Institute of Technology, Delhi, 1992.

[14] L.J. Lee, K. Y. Huang,Y. J. Fann, “Dynamic Response of Composite Sandwich Plate Impact by a Rigid Ball”, Journal of Composite Materials, Vol.27,1993, pp. 1238-1256.

[15] Y.Mijia, Q. Pizhong, “Higher-order impact modeling of sandwich structures with flexible core”, International Journal of Solids and Structures, Vol. 42,2005, pp. 5460–5490.

[16] F. AshenaiGhasemi, K. MalekzadehFard, R. Paknejad, “Response of cantilever fiber metal laminate (FML) plates using an analytical-numerical method”, Modares Mechanical Engineering, Vol. 13, No. 3, 2013, pp. 57-67 (In Persian).

[17] S. W. Gong, “A study of impact on composite laminated shells”, ]PhD Dissertation[, National University of Singapore, 1995.

[18] D. W. Zhou,W. J. Stronge, “­Low velocity impact denting of HSSA lightweight sandwich panel”, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 48, 2006, pp. 1031-1045.

[19] I. Ivanez, E. Brabero, S. Sanchez-saez, Analytical syudy of the low-velocity impact response of composite sandwich beam.composite structures, vol 111, 2014, pp. 459-467.

[20] I. Ivanez, S. Sanchez-saez, Numerical modeling of the low-velocity impact response of composite sandwich beam with honeycomb core.composite structures, vol 106, 2013, pp. 716-723.

[21] G. H. Payeganeh, F. AshenaiGhasemi, K. MalekzadehFard, Dynamic response of fiber-metal laminate(fmls) subjected to low-velocity impact.Thin-walled structures, vol47, 2010, pp. 62-70.

[22] S. R. Swanson, “Limits of quasi-static solutions in impact ofcomposite structures”, Comp Engng, Vol. 2 ,1992,  pp.261-7.

[23] I. H. Choi, C. H. Lim, Low-velocity impact analysis of composite laminates using linearized contact law. Composite Structures 66, 2004, pp.125–132.

[24] A. E. Armenakas, D. C. Gazis, G.Herrmann, 1969.Free vibrations of circular cylindrical shells.Oxford: Pergamon Press.