شبیه سازی رفتار جذب انرژی پنل ساندویچی با هسته فوم آلومینیومی تحت تاثیر آزمون نفوذ پرتابه سرعت بالا

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای مهندسی مواد، گروه مواد و متالورژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

2 دانشیار گروه مواد و متالورژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

3 استاد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شیراز

چکیده

پنل­های ساندویچی با هسته فوم آلومینیوم ساختارهایی سبک با قابلیت جذب انرژی هستند که در کاربردهای حفاظت در برابر ضربه نظیر پنل­های ساختمانی سبک، مواد بسته­بندی و جاذب­های انرژی کاربرد دارند. در تحقیق حاضر از آزمون تجربی نفوذ پرتابه سرعت بالا بر روی نمونه­های پنل ساندویچی با هسته فوم آلومینیوم A356 و صفحاتی از جنس آلومینیوم و فولاد و نیز نمونه صفحات بدون هسته فومی و فوم آلومینیوم بدون حضور صفحات استفاده شد. پرتابه­های مورد استفاده از جنس فولاد با وزن متوسط 8/8 گرم و دارای سر مخروطی شکل با قطر 10 میلیمتر می­باشند که با سرعتی بین 202 تا 234 متر بر ثانیه به نمونه پنل ساندویچی برخورد می­نمایند. نتایج تجربی نشان دادند که استفاده همزمان از صفحات و هسته فومی در قالب پنل ساندویچی تاثیر قابل توجهی در افزایش میزان جذب انرژی توسط پنل و کاهش سرعت پرتابه دارد. آنالیز المان محدود با استفاده از نرم افزار ABAQUS 6.10 به منظور شبیه­سازی آزمون نفوذ پرتابه سرعت بالا با شرایطی مشابه با شرایط آزمون تجربی بر روی مدل­هایی از نمونه­های مذکور انجام گرفت. توزیع تنش بر روی مدل­ها، سرعت پرتابه بر حسب زمان و فاصله از سطح برخورد و نیز انرژی جذب شده توسط نمونه­ها از جمله نتایج شبیه­سازی می باشند که در این تحقیق ارائه شده است. مشخص گردید که  نتایج حاصل از شبیه­سازی در مدل­های پنل ساندویچی تطابق مطلوبی با یافته­های حاصل از آزمون تجربی دارد.

کلیدواژه‌ها


[1]     M. F. Ashby, A. Evans, N. A. Fleck, L. J. Gibson, J. W. Hutchinson&  H. N. G. Wadley, “Metal Foams-A Design Guide”, Butterworth-Heinemann, London, 2000.

 [2]     J. Banhart, “Manufacture, characterization and application of cellular metals and metallic foams”, Progress in Material Science, Vol. 46, pp. 559-632, 2001.

[3]     H. P. Degischer&  B. Kriszt, “Handbook of cellular metals”, Weinheim, Wiley-VCH, 2002.

 [4]     J. Banhart&  H.W. Seeliger, “Aluminium Foam Sandwich Panels: Manufacture, Metallurgy and Applications”, Advanced Engineering Materials, Vol. 10, pp. 793-802, 2008.

 [5]     W. Hou, F. Zhu, G. Lu&  D. N. Fang, “Ballistic impact experiments of metallic sandwich panels with aluminium foam core”, International Journal of Impact Engineering, Vol. 37, pp. 1045-1055, 2010.

 [6]     M. Grujicic, B. Pandurangan, C. L. Zhao, S. B. Biggers&  D.R. Morgan, “Hypervelocity impact resistance of reinforced carbon–carbon/carbon–foam thermal protection systems”, Applied Surface Science, Vol. 252, pp. 5035-5050, 2006.

 [7]     B. L. Buitrago, S. K. Garcia-Castillo&  E. Barbero, “Experimental analysis of perforation of glass/polyester structures subjected to high-velocity impact”, Materials Letters, Vol. 64, pp. 1052-1054, 2010.

 [8]     Ivanez, C. Santiuste, E. Barbero&  S. Sanchez-Saez, “Numerical modelling of foam-cored sandwich plates under high-velocity impact”, Composite Structures, Vol. 93, pp. 2392-2399, 2011.

 [9]     M. Z. Hassan&  W. J. Cantwell, “The influence of core properties on the perforation resistance of sandwich structures – An experimental study”, Composites Part B: Engineering, Vol. 43, pp. 3231-3238, 2012.

 [10] A. A. Ramadhan, A. R. Abu Talib, A. S. Mohd Rafie&  R. Zahari, “High velocity impact response of Kevlar-29/epoxy and 6061-T6 aluminum laminated panels”, Materials & Design, Vol. 43, pp. 307-321, 2013.

 [11] R. Nasirzadeh&  A. R. Sabet, “Study of foam density variations in composite sandwich panels under high velocity impact loading”, International Journal of Impact Engineering, Vol. 63, pp. 129-139, 2014.

 [12] G. R. Villanueva&  W. J. Cantwell, “The high velocity impact response of composite and FML-reinforced sandwich structures”, Composites Science and Technology, Vol. 64, pp. 35-54, 2004.

 [13] A. G. Hanssen, Y. Girard, L. Olovsson, T. Berstad&  M. Langseth, “A numerical model for bird strike of aluminium foam-based sandwich panels”, International Journal of Impact Engineering, Vol. 32, pp. 1127-1144, 2006.

 [14] R. Destefanis, F. Schafer, M. Lambert & M. Faraud, “Selecting enhanced space debris shields for manned spacecraft”, International Journal of Impact Engineering, Vol. 33, pp. 219-230, 2006.

 [15] D. D. Radford, G. J. McShane, V. S. Deshpande&  N. A. Fleck, “The response of clamped sandwich plates with metallic foam cores to simulated blast loading”, International Journal of Solids and Structures, Vol. 43, pp. 2243-2259, 2006.

 [16] H. Zhao, I. Elnasri&  Y. Girard, “Perforation of aluminium foam core sandwich panels under impact loading: an experimental study”, International Journal of Impact Engineering, Vol. 34, pp. 1246-1257, 2007.

 [17] F. Zhu, Z. Wang, G. Lu&  L. Zhao, “Analytical investigation and optimal design of sandwich panels subjected to shock loading”, Materials and Design, Vol. 30, pp. 91-100, 2009.

 [18] L. Jing, Z. Wang, J. Ning&  L. Zhao, “The dynamic response of sandwich beams with open-cell metal foam cores”, Composites: Part B, Vol. 42, pp. 1-10, 2011.

 [19] C. Qi, S. Yang, L. J. Yang, Z. Y. Wei&  Z. H. Lu, “Blast resistance and multi-objective optimization of aluminum foam-cored sandwich panels”, Composite Structures, Vol. 105, pp. 45-57, 2013.

 [20]    م. گلستانی­پور، س. دوراندیش، س. تدینی، ا. باباخانی، س. م. زبرجد و ب. نادری، "بررسی تغییرشکل پنل ساندویچی با هسته فوم آلومینیومی تحت آزمون سقوط پرتابه"، فصلنامه فرایندهای نوین در مهندسی مواد، در نوبت چاپ.

 [21] M. Golestanipour, H. Amini Mashhadi, M. S. Abravi, M. Malekjafarian&  M. H. Sadeghian, “Manufacturing of Al/SiCp composite foams using calcium carbonate as foaming agent”, Materials Science and Technology, Vol. 27, pp. 923-927, 2011.

 [22] JIS H 7902 Standard, “Method for compressive test of porous metals”, 2008.

 [23] DIN 50134 Standard, “Testing of metallic materials-Compression test of metallic cellular materials”, 2008.