پاسخ دینامیکی سپر انفجاری ساندویچی مدور با هسته لوله‌ای تحت بار انفجار آزاد

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، دانشگاه جامع امام حسین (ع) و مربی، دانشگاه افسری و تربیت پاسداری امام حسین(ع)، تهران، ایران

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه ایوان‌کی، ایوان‌کی، ایران

چکیده

ورق‌های ساندویچی سازه‌های رایجی برای جذب انرژی انفجار و استفاده به‌عنوان سپر انفجار می‌باشند. در این مقاله عملکرد و پاسخ دینامیکی نوع جدیدی از سازه‌های ورق ساندویچی فلزی و مدور به‌عنوان جاذب انرژی انفجار با هسته لوله‌ای شعاعی غیر همرس تحت بار انفجار موردبررسی قرارگرفته است. از روش‌های تحلیلی، تجربی و عددی برای ارزیابی پاسخ دینامیکی سازه ورق ساندویچی استفاده‌شده است. در روش تحلیلی پاسخ سازه به سه مرحله زمانی مجزا و متوالی تقسیم‌شده است. مرحله اول شامل تداخل سازه و سیال، مرحله دوم تراکم و له‌شدگی هسته و مرحله سوم پاسخ دینامیکی و خمش کل سازه ورق ساندویچی است. با استفاده از قوانین بنیادین علم مکانیک مانند قوانین بقاء جرم و بقاء ممنتوم، پاسخ تحلیلی تغییر شکل و معادلات حاکم بر آن فرمول‌بندی شده است و معادله‌ای به شکل بسته برای خیز سازه و مقدار بیشینه آن به‌دست‌آمده است. آزمایش تجربی با ساخت یک ورق ساندویچی تحت بار انفجار و به روش انفجار آزاد، به‌منظور ارزیابی و صحت سنجی نتایج تحلیلی و عددی انجام‌شده است. حل عددی در نرم‌افزار اجزاء محدود ABAQUS و با تولید تابع فشار به روش CONWEP انجام‌شده است. نتایج باهم مقایسه شده‌اند و انطباق خوبی بین نتایج به روش‌های مختلف وجود دارد.

کلیدواژه‌ها


[1] Taylor GI (1963) The pressure and impulse of submarine explosion waves on plates. The scientific papers of GI Taylor 3: 287-303.
[2] Mostofi TM, Babaei H, Alitavoli M, Lu G, Ruan D (2019) Large transverse deformation of double-layered rectangular plates subjected to gas mixture detonation load. Int J Impact Eng 125: 93-106.
[3] Mousavi MV, Khoramishad H (2020) Investigation of energy absorption in hybridized fiber-reinforced polymer composites under high-velocity impact loading. Int J Impact Eng 146: 103692.
[4] Zamani J, Mousavi MV, Khalili SM (2015) Numerical investigation of formation of Mach reflection in explosive free forming of confined cylindrical shells. Modares Mechanical Engineering 10;14(13): 131-142.
[5] Côté F, Fleck NA, Deshpande VS (2007) Fatigue performance of sandwich beams with a pyramidal core. Int J Fatigue 29(8): 1402-1412.
[6] Deshpande VS, Fleck NA (2001) Collapse of truss core sandwich beams in 3-point bending. Int J Solid Struct 38(36-37): 6275-6305.
[7] Fleck NA, Deshpande VS (2004) The resistance of clamped sandwich beams to shock loading. J Appl Mech 71(3): 386-401.
[8] Qiu X, Deshpande VS, Fleck NA (2003) Finite element analysis of the dynamic response of clamped sandwich beams subject to shock loading. Eur J Mech A-Solid 22(6): 801-814.
[9] Radford DD, Fleck NA, Deshpande VS (2006) The response of clamped sandwich beams subjected to shock loading. Int J Impact Eng 32: 968-987.
[10] Xue Z, Hutchinson JW (2004) A comparative study of impulse-resistant metal sandwich plates. Int J of Impact Eng 30(10): 1283-1305.
[11] Radford DD, McShane GJ, Deshpande VS, Fleck NA (2006) The response of clamped sandwich plates with metallic foam cores to simulated blast loading. Int J Solid Struct 43(7-8): 2243-2259.
[12] McShane GJ, Radford DD, Deshpande VS, Fleck NA (2006) The response of clamped sandwich plates with lattice cores subjected to shock loading. Eur J Mech A-Solid 25(2): 215-229.
[13] Baker WE (1987) Prediction and scaling of reflected impulse from strong blast waves. Int J Mech Sci 9(1): 45-51.
[14] Olson MD (1991) Efficient modelling of blast loaded stiffened plate and cylindrical shell structures. Comput Struct 40(5): 1139-1449.
[15] Teeling-Smith RG, Nurick GN (1991) The deformation and tearing of thin circular plates subjected to impulsive loads. Int J Impact Eng 11(1): 77-91.
[16] Mostofi TM, Babaei H, Alitavoli M (2017) The influence of gas mixture detonation loads on large plastic deformation of thin quadrangular plates: Experimental investigation and empirical modelling. Thin Walled Struct 118:1-11.
[17] Mostofi TM, Babaei H, Alitavoli M (2016) Theoretical analysis on the effect of uniform and localized impulsive loading on the dynamic plastic behavior of fully clamped thin quadrangular plates. Thin-Walled Struct 109: 367–376.
[18] Mirzababaie Mostofi T, Babaei H, Alitavoli M (2017) Experimental and theoretical study on large ductile transverse deformations of rectangular plates subjected to shock load due to gas mixture detonation. Strain 53(4): e12235.
[19] Mostofi TM, Golbaf A, Mahmoudi A, Alitavoli M, Babaei H (2018) Closed-form analytical analysis on the effect of coupled membrane and bending strains on the dynamic plastic behaviour of fully clamped thin quadrangular plates due to uniform and localized impulsive loading. Thin-Walled Struct 123: 48-56.
[20] Babaei H, Mostofi TM, Alitavoli M (2020) Experimental investigation and analytical modelling for forming of circular-clamped plates by using gases mixture detonation. Proc Inst Mech Eng-Part C J Mech Eng Sci 234(5): 1102-1111.
[21] Theulen JC, Peijs AA (1991) Optimization of the bending stiffness and strength of composite sandwich panels. Compos Struct 17(1): 87-92.
[22] Demsetz LA, Gibson LJ (1987) Minimum weight design for stiffness in sandwich plates with rigid foam cores. Mater Sci Eng 85: 33-42.
[23] Kingery CN, Bulmash G (1984) Airblast parameters from TNT spherical air burst and hemispherical surface burst. US Army Armament and Development Center, Ballistic Research Laboratory.
[24] Babaei H, Mirzababaie Mostofi T, Armoudli E (2017) On dimensionless numbers for the dynamic plastic response of quadrangular mild steel plates subjected to localized and uniform impulsive loading. Proc Inst Mech Eng-Part E J Process MechEng 231(5): 939-950.
[25] Babaei H, Mirzababaie Mostofi T (2020) New dimensionless numbers for deformation of circular mild steel plates with large strains as a result of localized and uniform impulsive loading. Proc Inst Mech Eng-Part L J Mater Des Appl 234(2): 231-245.
[26] Rezasefat M, Mirzababaie Mostofi T, Babaei H, Ziya-Shamami M, Alitavoli M (2019) Dynamic plastic response of double-layered circular metallic plates due to localized impulsive loading. Proc Inst Mech Eng-Part L J Mater Des Appl 233(7): 1449-1471.
[27] Rezasefat M, Mostofi TM, Ozbakkaloglu T (2019) Repeated localized impulsive loading on monolithic and multi-layered metallic plates. Thin Wall Struc 144: 106332.
[28] Mostofi TM, Babaei H (2019) Plastic deformation of polymeric-coated aluminum plates subjected to gas mixture detonation loading: Part I: Experimental studies, J Solid Fluid Mech 9(1): 71-83.
[29] Mostofi TM, Babaei H (2019) Plastic deformation of polymeric-coated aluminum plates subjected to gas mixture detonation loading: Part II: Analytical and empirical modelling, J Solid Fluid Mech 9(2): 15-29.
[30] Mostofi TM, Sayah-Badkhor M, Rezasefat M, Ozbakkaloglu T, Babaei H (2020) Gas mixture detonation load on polyurea-coated aluminum plates. Thin Wall Struc 155: 106851.
[31] Mostofi TM, Badkhor MS, Ghasemi E (2019) Experimental investigation and optimal analysis of the high-velocity forming process of bilayer plates, J Solid Fluid Mech 9(3): 65-80.
[32] Foroozan MR, Hafshjani M, Jamshidian S (2016) Simulation of St12 guillotine section of steel sheet using Johnson-cook damage model. 18th National Conference on Steel Symposium, 2016, Tehran, Iran. (In Persian)
[33] Babaei H, Mostofi TM, Alitavoli M, Saeidinejad A (2017) Experimental investigation and dimensionless analysis of forming of rectangular plates subjected to hydrodynamic loading. J Appl Mech Tech Phys 58(1): 139-47.