18429

۱۸۴۲۹

مطالعه تجربي، تحليلي و شبيه سازي ضربه سرعت پايين بر روي چندلايه هاي فلز الياف تقويت شده با ذرات نانو

دكتري تخصصي

مكانيك

مهرماه ۱۳۹۶

دكتر حسين بيسادي

مكانيك

امروزه كاربرد چندلايه¬هاي فلز-الياف باتوجه به خواص مكانيكي برجسته¬اي كه دارند در صنايع مختلفي همچون هوا فضا، خودروسازي، عمران و معدن به طور چشمگيري افزايش يافته است. از آنجا كه اين سازه¬ها معمولا در كاربردهاي مختلف، به طور وسيع در معرض بارهاي ضربه قرار مي¬گيرند، در اين پژوهش رفتار چندلايه¬هاي فلز – الياف تقويت شده با نانو مواد در برابر ضربه سرعت پايين - كه تاكنون تحقيقي در مورد آنها صورت نگرفته است به سه روش تجربي، تحليلي و نرم افزاري مورد مطالعه قرار گرفته است. در قسمت تجربي با انجام تست هاي سقوط وزنه، رفتار ديناميكي چندلايه¬هاي GLARE3-2/1 در برابر ضربه سرعت پايين مورد مطالعه قرار گرفته است. آزمايش هاي انجام شده بر روي دو نوع نمونه ساده و تقويت شده با نانوالياف نايلون۶۶، در پنج سطح انرژي جنبشي متفاوت صورت گرفته است. براي ساخت نمونه¬هاي تقويت شده از نانو الياف بدست آمده از روش الكتروريسي استفاده شده است. پس از انجام آزمايش¬هاي مذكور و برش نمونه¬ها و صيقل دادن آنها، با استفاده از ميكروسكوپ نمونه¬هاي آزمايش شده مورد بازبيني و بررسي قرار گرفته¬¬اند. در بخش تحليلي معادلات حاكم بر مساله با استفاده از اصل هميلتون بر مبناي تئوري برشي مرتبه بالا به گونه اي توسعه داده شده اند كه قابليت حل مسائل گوناگون با هرنوع شكل هندسي و شرايط مرزي دلخواه را دارد. سپس معادلات استخراج شده با استفاده از روش ريتز و رانگ-كوتا ساده سازي و حل گرديده اند. پس از صحت سنجي مدل تحليلي ارائه شده با استفاده از نتايج تجربي، تاثير پارامترهاي مختلفي همچون سرعت اوليه، قطر و جرم پرتابه، نيروهاي حرارتي ناشي از تغييرات دما، شرايط مرزي چندلايه و همچنين تاثير نانو ذرات بر رفتار ديناميكي GLARE بررسي شده است. در بخش عددي، با استفاده از نرم افزار LS-DYNA پديده نفوذ در چندلايه¬هاي GLARE شبيه سازي شده است. پس از مقايسه نتايج مدل شبيه¬سازي شده با نتايج تجربي، تطابق قابل قبولي بين نتايج مشاهده گرديد به طوريكه خطاي كمتر از پنج درصد در مقدار ماكزيمم نيروي تماس بدست آمده از هر دو روش ملاحظه گرديد. پس از اعتبارسنجي نتايج، تاثير آرايش لايه چيني الياف، تعداد و محل حضور نانوالياف و همچنين شكل هندسي پرتابه بررسي شده است. واژه‌هاي كليدي: چندلايه هاي فلز-الياف،GLARE3-2/1، ضربه سرعت پايين، نانوالياف نايلون-66، روش الكتروريسي، شكل هندسي و شرايط مرزي دلخواه، نرم افزار LS-DYNA.

1396/11/16

2/5/2018 12:00:00 AM

During the last decades, the application of Fiber Metal Laminates (FMLs) in various industries such as aerospace, automobile, civil, mine and etc. has become increasingly popular. Since these structures are frequently imposed to the impact loading, impact analysis of FMLs during the design process is therefore important. In the present study, the impact response of FMLs stiffened by nanoparticles has been studied experimentally, analytically and numerically which hitherto not studied in the open literature. In the experimental part, the dynamic response of GLARE3-2/1 stiffened by Nylon-66 nanofiber interleaving mats subjected to the drop weight loading is assessed. In the analytical section, the governing equations are derived based on high-order shear deformation theory using Hamilton’s principle. To capture the contact force history the nonlinear Hertzian contact law is employed and the fourth-order Runge-Kutta scheme is used to solve the nonlinear system of equations. It’s noteworthy that the developed analytical model capable to capture the structural response of any laminated plates with arbitrary geometry and general boundary conditions. The proposed model is verified by experimental data and those are available in the open literature and then the effect of various parameters such as laminate geometry, boundary conditions, impactor mass and velocity, temperature field, carbon nanotube and nano clay on the impact response of GLARE is investigated. In the numerical part, the penetration phenomena in GLARE is simulated using a nonlinear explicit package, LSDYNA. After verifying the model the stacking sequence, number and location of Nylon-66 nanofiber mats and impactor geometry effect on dynamic response of GLARE has been studied. Keywords: FMLs, impact loading, GLARE3/2-1, Nylon-66 nanofiber interleaving mats, nonlinear Hertzian contact law, LSDYNA.