تحلیل اجزای محدود پاسخ غیرخطی ضربه کم سرعت ورق کامپوزیتی ویسکوالاستیک، به کمک تئوری لایه ای

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی هوا و فضا، دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی هوا و فضا، دانشگاه خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

در مقاله کنونی، رفتار دینامیکی ورق کامپوزیتی چندلایه با میرایی سازه ای ویسکوالاستیک در برابر ضربه کم سرعت ناشی از برخورد یک جسم کروی، مورد بررسی قرار گرفته است. قانون تماس هرتز ابتدا جهت در نظر گرفتن اثر سختی لایه های زیرین بر سختی ناحیه تماس، تصحیح و سپس به فرم غیرخطی بکار گرفته شده است. مدل انتگرال سلسله مراتبی ولترا برای توصیف رفتار ویسکوالاستیک مواد به کار رفته و برای مدلسازی دقیق تر رفتار ورق، از تئوری لایه ای و روابط کرنش-جابجایی غیرخطی استفاده شده است. برای یافتن پاسخ معادلات دیفرانسیلی-انتگرالی حاکم، از ترکیب روش های اجزای محدود، انتگرال گیری ذوزنقه ای برای انتگرال های ولترا و شیوه انتگرال گیری عددی زمانی نیومارک بهره گرفته شده است. در بخش نتایج، اثر پارامترهای گوناگون رفتار ویسکوالاستیک مواد و نیز سرعت ضربه زن بر تاریخچه های زمانی نیروی ضربه، میزان فروروی و خیز ورق مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهند که به دلیل ماهیت میراسازی ساختاری مواد ویسکوالاستیک، سختی ورق و در نتیجه، نیروی ضربه، افزایش یافته ولی خیز دینامیکی بیشینه پدید آمده در ورق و میزان فروروی، کاهش می یابند. همچنین، در حالت کلی، افزایش نیروی تماس بیانگر افزایش میزان فروروی نمی باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Gong S, Lam K (2000) Effect of structure and stiffness on impact response of layered structure. AIAA J 138(9): 1730-1735.

[2] Abrate S (2011) Impact engineering of composite structures. Springer , Wien.

[3] Cederbaum G, Aboudi J (1989) Dynamic response of viscoelastic laminated plates. J Sound Vibr 133(2): 225-238.

[4] Chen T (1995) The hybrid Laplace transform finite element method applied to the quasi-static and dynamic analysis of viscoelastic Timoshenko beams. Int J Numer Meth Eng 38(3): 509-522.

[5] Iiyasov M, Aköz A (2000) The vibration and dynamic stability of viscoelastic plates. Int J Eng Sci 38(6): 695-714.

[6] Paulino G, Jin Z (2001) Correspondence principle in viscoelastic functionally graded materials. ASME J Appl Mech 68: 129-132.

[7] Paulino G, Jin Z (2001) Viscoelastic functionally graded materials subjected to anti plane shear fracture. J Appl Mech 68(2): 284-293.

[8] Abdoun F, Azrar L (2009) Forced harmonic response of viscoelastic structures by an asymptotic numerical method. J Comput Struct 87(1): 91-100.

[9] Assie A, Eltaher M (2011) Behavior of a viscoelastic composite plates under transient load. J Mech Sci Tech 25(5): 1129-1140.

[10] Assie A, Eltaher M (2010) The response of viscoelastic-frictionless bodies under normal impact. Int J Mech Sci 52(3): 446-454.

[11] Assie A, Eltaher M, Mahmoud F (2010) Modeling of viscoelastic contact-impact problems. Appl Math Model 34: 2336-2352.

[12] Altenbachand H, Ermeyev V (2008) Analysis of the viscoelastic behavior of plates made of functionally graded materials. ZAMM J Appl Math Mech 88(5): 332- 341.

[13] Amabili M (2016) Nonlinear vibrations of viscoelastic rectangular plates. J Sound Vibr 362(3): 142-156.

[14] Nosier A, Kapania R, Reddy J (1994) Low-velocity impact of laminated composites using a layerwise theory. Comput Mech 13: 360-379.

[15] Christoforou AP, Elsharkawy AA, Guedouar LH (2001) An Inverse solution for low–velocity impact in composite plates. J Comput Struct 79: 2607-2619.

[16] Christoforu PA, Yigit AS (1998) Characterization of impact in composite plates. J Compos Struct 43: 15-24.

[17] Turner J (1980) Contact on a transversely isotropic half-space, or between two transversely isotropic bodies. Int J Solids Struct 16: 409-419.

[18] Swanson S (2005) Contact deformation and stress in orthotropic plates. Compos Struct 36: 1421-1429.

[19] Shariyat M, Farzan Nasab F (2014) Low-velocity impact analysis of the hierarchical viscoelastic FGM plates, using an explicit shear-bending decomposition theory and the new DQ method. Compos Struct 113: 63-73.

[20] Lakes R (2009) Viscoelastic materials. Cambridge University Press.

[21] Yang S, Su C (1982) Indentation law for composite laminates. ASTM paer No. STP787: 425-449.

[22] Shariyat M (2007) Thermal buckling analysis of rectangular composite plates with temperature-dependent properties based on a layerwise theory. Thin-Wall Struct 45(4): 439-452.

[23] Wang Y, Tsai T (1988) Static and dynamic analysis of a viscoelastic plate by the finite element method. J Appl Acoust 25(2): 77-94.