تحلیل سه بعدی تغییر شکل الاستیک – پلاستیک پانل‌های ساندویچی به کار رفته در بدنه شناورها تحت بارگذاری انفجار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

2 گروه آموزشی مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

3 صنعتی نوشیروانی بابل*مهندسی مکانیک

چکیده

در این مقاله تحلیل تغییر شکل الاستیک-پلاستیک  پانلهای ساندویچی به کار رفته در بدنه شناورها تحت بارگذاری انفجار انجام شده است. فرض شده  لبه‌های پانل دارای  تکیه‌گاه ساده باشند و فشار به صورت یکنواخت بر رویه خارجی آن اعمال گردد. برای صفحات کامپوزیتی داخلی و خارجی پانل ماده اورتتروپ با رفتار الاستیک در نظر گرفته شده است و هسته با مدل الاستیک–پلاستیک کامل دستخوش تغییر شکل  می‌گردد. از تئوری غیرخطی مرتبه بالای بهبود داده شده، جهت استخراج معادلات دینامیکی حرکت هسته استفاده شده است. اثر پارامترهای مختلف مانند ابعاد پانل، ضخامت لایه‌ها، مدت زمان نشست بار و دامنه بیشینه بارگذاری بر روی تغییر شکل پلاستیک هسته و شکست صفحات کامپوزیتی مورد توجه قرار داده شده است. نتایج عددی به دست آمده با نتایج حاصل از تحلیل المان محدود در  نرمافزار انسیس مقایسه گردید که نشان از دقت و صحت بالای حل ارائه شده دارد. با توجه به نتایج به دست آمده مشخص گردید که درنظر گرفتن تغییر شکل پلاستیک در تحلیل پانل ساندویچی  می‌تواند مقادیر متفاوتی از تحمل این  پانل‌ها در برابر بارگذاری انفجار حاصل نماید. همچنین نشان داده شد صفحات درونی پانل ساندویچی تنش‌های بزرگتری را تحمل نموده و خرابی پانل در اثر شکست لایه‌ها در این لایه اتفاق خواهد افتاد .

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Three-Dimensional Elastic-Plastic Deformation Analysis of Composite Sandwich Panel under Blast Loading

نویسندگان [English]

  • Seyed Ali Ahmadi 1
  • Ali Maleki 2
  • Mohammad Hadi Pashaei 3
1 Department of mechanical engineering, Babol Noshirvani university of technology, Babol, Iran
2 Department of mechanical engineering, Faculty of mechanical engineering, University Of malek Ashtar, Tehran, Iran
3 Department of mechanical engineering, Babol Noshirvani university of technology, Babol, Iran
چکیده [English]

A numerical analysis based on the three-dimensional elasticity solution is presented for predicting the plastic deformation of a cylindrical composite sandwich panel. An extended non[1]linear higher-order sandwich panel theory is applied to model core compressible effect. The non-linear governing partial differential equations of motion are discretized and reduced to ordinary differential equations by applying the differential quadrature method and solved using the newmark method. The effects of various parameters including panel dimensions, layers thickness, pulse duration and maximum pressure on the plastic deformation of the panel were investigated. The obtained results using the present method are compared with finite element solutions by commercial software ANSYS and good agreement is demonstrated. It is observed that significantly less computational time and hardware capacity for the proposed method with respect to the finite element solution is required. It was shown that inner layer of sandwich panels are supposed to higher stresses and are more likely places for panel failure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sandwich panel؛ Plastic deformation؛ Facesheet fracture؛ Blast loading
  • Differential quadrature -newmark

مراجع

  1. S.A. Tekalur, A.E. Bogdanovich, A. Shukla, Shock loading response of sandwich panels with 3-D woven E-glass composite skins and stitched foam core, Composite science Technology, 69(6) (2009) 736–53.
  2. E. Wang, A. Shukla, Blast performance of sandwich composites           with        in-plane compressive          loading, Experience Mechanics, 52(1) (2012) 49–58.
  3. H. Arora, P.A. Hooper, J.P. Dear, Dynamic response of full-scale sandwich composite structures subject to air-blast loading, Composite Part A: Applied Science Manufactures, 42(11) (2011) 1651–62.
  4. H. Arora, P.A. Hooper, J.P. Dear, The effects of air and underwater blast on composite sandwich panels and tubular laminate structures, Experience Mechanics, 52 (1) (2012) 59–81.
  5. E. Wang, N. Gardner, A. Shukla, The blast resistance of sandwich composites with stepwise graded cores, International journal of solid structures, 46(18–19) (2009) 3492–502.
  6. J. Shen, G. Lu, Z. Wang, L. Zhao, Experiments on curved sandwich panels under blast loading, International Journal of Impact Engineering, 37 (2010) 960-970.
  7. J. Hohe, L. Librescu, A nonlinear theory for doubly curved anisotropic sandwich shells with transversely compressible core, International Journal of Solids and Structures, 40 (2003) 1059-1099.
  8. T. Hause, L. Librescu, Dynamic response of doublycurved anisotropic sandwich panels impacted by blast loadings, International Journal of Solids and Structures, 44 (2007) 6678–6700.
  9. J. Hohe, L. Librescu, Recent results on the effect of the transverse core compressibility on the static and dynamic response of sandwich structures, Composites Part B: Engineering, 38 (2009) 108-119.
  10. M.S. Hoo Fatt, Y. Gao, D. Sirivolu, Foam-core curved composite sandwich panels under blast, Journal of Sandwich Structures and Material, 15(3) (2013) 261–291.
  11. V.S. Deshpande, N.A. Fleck, Multi-axial yield behavior of polymer foams, Acta Mater, 49 (2001) 1859-1866.
  12. M.S. Hoo Fatt, D. Sirivolu, Blast response of double  curvature, composite sandwich shallow shells, Engineering Structures, 100 (2015) 696–706.
  13. M.S. Hoo Fatt, D. Sirivolu, Marine composite sandwich plates under air and water blasts, Marine Structures, 56 (2017) 163-185.
  14. S.A.M. Mirjalili, A.A. Karimi, S. Hadi, Study of the effects of explosion bubble on the ship structures, Modares Technical journal, 24 (1385). (In Persian)
  15. W. Soedel, Vibrations of shells and plates. 3rd ed., Marcel Dekker Inc, New York, 2004. 
  16. R. Li, G.A. Kardomatease, Nonlinear high order core theory for sandwich plates with orthotropic phases, AIAA journal, 46(11) (2008).
  17. C. Shu, Differential quadrature and its application in Engineering, Springer-Verlag, London, UK, 2000.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 52، شماره 5
مرداد 1399
صفحه 1079-1100

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار