بررسی تجربی و عددی قابلیت جذب انرژی سازه ساندویچی با هسته‌ی فوم پلی یورتان تقویت‌شده با پوکه‌ی معدنی تحت بارگذاری انفجاری

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 استاد مهندسی مکانیک، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری مهندسی مکانیک ، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران

3 استادیار مهندسی مکانیک، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران

چکیده

سازه‌های ساندویچی با هسته ساخته‌شده از مواد متخلخل ازجمله انواع فوم‌های فلزی و پلیمری در جذب انرژی بارهای انفجاری مؤثر بوده و به دلیل سبکی می‌تواند کاربرد خوبی در صنایع مختلف داشته باشد. در این مقاله تغییر فرم و جذب انرژی سازه‌های ساندویچی با رویه آلومینیمی و فولادی و هسته ساخته‌شده از فوم پلی‌اورتان که از دو نوع پوکه معدنی با سایز مختلف (اصطلاحاً نخودی و بادامی) پرشده است، تحت بارگذاری انفجار آزاد بروش تجربی و شبیه‌سازی عددی به کمک نرم‌افزار اجزاء محدود Abaqus موردمطالعه قرارگرفته است. در این بررسی ابتدا رفتار مکانیکی هسته با ساخت نمونه‌های ترکیبی از فوم پلی‌اورتان و پوکه‌های معدنی، تحت آزمایش فشار مطالعه شده و نتایج آن در مدل‌های رفتاری نرم‌افزار مورداستفاده قرارگرفته است. پس از مقایسه نتایج عددی به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی عددی با نتایج آزمایش‌های تجربی و صحت سنجی نتایج روش عددی، مطالعات پارامتریک عددی انجام‌گرفته و اثر نوع پوکه، ضخامت هسته، جنس رویه‌ها و ضخامت رویه‌ها در میزان تغییر فرم یا خیز رویه‌ها و همچنین میزان جذب انرژی اجزاء سازه موردمطالعه قرارگرفته است. نتایج نشان می‌دهد پانل با رویه‌ی پشتی ضخیم‌تر عملکرد بهتری در جذب انرژی انفجار دارد. همچنین با افزایش استحکام یا ضخامت رویه‌ها نقش هسته در جذب انرژی کمتر می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Zenkert D (1995) An Introduction to Sandwich Construction.EMAS Publ. Chameleon Press LTD, London, UK.

 

  • Levy A (1999) Shock waves interaction with granular materials. Powder Technol 103(3): p. 212-219.

 

  • Britan A, Ben-Dor G, Igra O, Shapiro H (2001) Shock waves attenuation by granular filters. Int J Multiphas Flow 27(4): 617-634.‏

 

  • Nesterenko V (2002) Shock (blast) mitigation by “soft” condensed matter. MRS Online Proceedings Library Archive.

 

  • Hangai Y, Kato H, Utsunomiya T, Kitahara S, Kuwazuru O, Yoshikawa N (2012) Effects of porosity and pore structure on compression properties of blowing-agent-free aluminum foams fabricated from aluminum alloy die castings. Mater Trans 53(8): 1515-1520.‏

 

  • Shim C, Yun N, Yu R, Byun D (2012) Mitigation of blast effects on protective structures by aluminum foam panels. Metals-Basel 2(2): 170-177.

 

  • Yazici M, Wright J, Bertin D, Shukla A (2014) Experimental and numerical study of foam filled corrugated core steel sandwich structures subjected to blast loading. Compos Struct 110: 98-109.

 

  • خندابی و همکارانش(1397). "مطالعه تجربی و عددی اثر ضخامت هسته و رویه در پانل‌های ساندویچی با هسته فوم و رویه‌های آلومینیومی تحت بارگذاری انفجاری." مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها، دوره 8، شماره 3: صفحه 91-106.‎

 

  • Uday C, Varma C S T, Varma B N K, Ramya M, and Padmanabhan K  (2014) The Influence of Rigid Foam Density on the Flexural Properties of Glass Fabric/epoxypolyurethane Foam Sandwich Composites.  ChemTech 6)6( : 3314-3317.

 

  • Rotariu A N, Dima C, Trană E, Enache C, Timplaru F, Matache L C (2016) Uninstrumented measurement method for granular porous media blast mitigation assessment. Exp Techniques 40(3): 993-1003.‏

 

  • Zhou T, Zhang P, Xiao W, Liu J, Cheng Y (2019) Experimental investigation on the performance of PVC foam core sandwich panels under air blast loading. Compos Struct 226:‏

 

  • Hatami H, Hosseini M, Yasuri AK) 2019(. Perforation of thin aluminum targets under hypervelocity impact of aluminum spherical projectiles. Materials Evaluation. Mar 1;77(3):411-22.

 

  • Ghodsbin Jahromi A, Hatami H) 2018(. Numerical behavior study of expanded metal tube absorbers and effect of cross section size and multi-layer under low axial velocity impact loading. Amirkabir J of Mech Eng.;49:685-96.

 

  • Sun G, Wang E, Zhang J, Li S, Zhang Y, Li Q (2020) Experimental study on the dynamic responses of foam sandwich panels with different facesheets and core gradients subjected to blast impulse. Int J Impact Eng, 135: 103327.‏

 

  • Bloodworth-Race S, Critchley R, Hazael R, Peare A, Temple T (2021) Testing the blast response of foam inserts for helmets. Heliyon 7(5): e06990.

 

  • حاتم­پور و همکارانش(1399). "بررسی تجربی و تحلیل رگرسیونی تغییر شکل پلاستیک ساندویچ پنل‌های کامپوزیتی تقویت شده با فوم پلیمری تحت بارگذاری انفجاری." مهندسی مکانیک مدرس. ۲۰ (۱۱) :۲۶۷۸-۲۶۷۱.

 

  • سیاح بادخور و همکارانش(1399). "مطالعه عددی و بهینه‌سازی رفتار ساختارهای ساندویچی با هسته لانه‌زنبوری تحت بارگذاری انفجاری با استفاده از روش سطح پاسخ. مهندسی مکانیک." مجله مهندسی مکانیک امیرکبیر، سال پنجاه و دوم شماره 10.

 

  • پیمان،صفا. علی، ابراهیم­زاده.(1399) " بررسی عددی تأثیر هندسه بر میزان جذب انرژی پانل‌های ساندویچی تحت بارگذاری انفجاری." فصلنامه علمی علوم و فناوریهای پدافند نوین. دوره 11، شماره 4.

 

  • Rahmani M, Petrudi A M (2021) Experimental and numerical optimization study of shock wave damping in aluminum panel sandwich. Frattura ed Int Str 15(55): 88-109.‏

 

  • Rahmani M, Petrudi A M (2020) Optimization and experimental investigation of the ability of new material from aluminum casting on pumice particles to reduce shock wave. Periodica Polytech Mecا Eng 64(3): 224-232.‏

 

  • مسعود رحمانی, علیرضا نداف اسکوئی, حسین خدارحمی، روح اله حسینی (1399) بررسی تجربی و عددی میرایی موج انفجار با استفاده از پنل ساندویچی با هسته‌ی مواد دانه‌ای. مجله علمی- پژوهشی مواد پر انرژی، سال 15، شماره 1، پیاپی 45:ص 53-66.

 

  • فراهت, احمدی بروغنی, و سید یوسف(1396). "بررسی رفتار فوم کامپوزیتی A356/SiCp تحت بار ضربه ای با سرعت پائین."مکانیک سازه‌ها و شاره‌ها دوره 7، شماره 2 صفحه: 129-147.‎

 

  • Sahu S, Mondal D P, Goel M D, Ansari M Z (2018) Finite element analysis of AA1100 elasto-plastic behaviour using Johnson-Cook Mat Today: Proc, 5(2), 5349-5353.‏

 

  • Öztürk G (2010) Numerical and experimental investigation of perforation of ST-37 steel plates by oblique impact.(Master's thesis, Middle East Technical University).‏

 

  • Zhu F, Zhao L, Lu G, Wang Z (2008) Structural response and energy absorption of sandwich panels with an aluminium foam core under blast loading. Adv Struct Eng 11(5): 525-536.‏

 

مکانیک سازه ها و شاره ها
دوره 12، شماره 4
مهر و آبان 1401
صفحه 27-40

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار