شبیه‌سازی اجزا محدود دستگاه تست هاپکینسون نوع فشاری برای بررسی رفتار دینامیکی مواد کامپوزیتی

کامپوزیت‌ها به دلیل استحکام بالا و وزن کم در انواع مختلفی از سازه‌ها از جمله توربین‌ها، موشک‌ها، اتومبیل‌ها و موارد دیگر کاربرد دارند و ممکن است تحت بارگذاری دینامیکی قرار گیرند. بنابراین به منظور طراحی مناسب سازه، اطلاع از رفتار مکانیکی مواد کامپوزیتی در بارگذاری‌های دینامیکی مهم می‌باشد. دستگاه تست هاپکینسون فشاری ابزاری بسیار مناسب برای مطالعه‌ی رفتار دینامیکی مواد در نرخ کرنش‌های بالا می‌باشد. در این مقاله اصول طراحی دستگاه هاپکینسون فشاری برای نمونه‌های کامپوزیتی بررسی و به منظور تعیین رفتار دینامیکی اینگونه مواد، این دستگاه در کد تجاری آباکوس شبیه‌سازی شده است. رفتار نمونه‌ی کامپوزیتی s-2 glass/sc15 epoxy در جهت ضخامت توسط دستگاه هاپکینسون فشاری طراحی‌شده شبیه‌سازی شده است. برای ایجاد شکل موج حادثه مناسب و برقراری شرط نرخ کرنش ثابت و تعادل تنش دینامیکی، پارامترهای تاثیرگذار از جمله قطر و ضخامت شکل دهنده پالس و طول میله‌ی ضربه‌زن مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین با مقایسه‌ی امواج حاصل از شبیه‌سازی با نتایج تجربی این نمونه کامپوزیتی، شبیه‌سازی دستگاه هاپکینسون فشاری صحت سنجی شده است. در نهایت با استفاده از شکل‌دهنده موج از جنس مس با ابعاد مناسب، موج حادثه مناسب برای نمونه s2 glass/sc15 epoxy در دو نرخ کرنش s^-1 550 و s^-1 2250 ایجاد شده است که شرایط نرخ کرنش ثابت و تعادل دینامیکی در دو نرخ کرنش برقرار شده است.

Finite element simulation of Hopkinson compression test to investigate the dynamic behavior of composite materials

Due to their high strength and low weight, composites are used in various structures, including turbines, missiles, cars, and more, and maybe subjected to dynamic loading. Therefore, to properly design the structure, it is crucial to know the mechanical behavior of composite materials in dynamic loads. The Hopkinson compression tester is a useful tool for studying the dynamic behavior of materials at high strain rates. In this paper, the Hopkinson compression system's design principles for composite samples are mentioned, and to determine the dynamic behavior of such materials, this system by ABAQUS software. The behavior of the S2 glass/sc15 epoxy composite sample in the thickness direction is simulated by a compression Hopkinson system. To create an appropriate incident waveform and to establish the condition of constant strain rate and dynamic stress equilibrium, effective parameters of pulse shaper included diameter, thickness, and the length of the sticker bar was investigated. By comparing the waves obtained from the simulations with the experimental results of this composite sample, the compression Hopkinson simulation has been validated. Finally, using a copper pulse shaper with appropriate dimensions, the appropriate incident wave for the S2 glass / sc15 epoxy sample is created at two strain rates of 550 and 2250. The conditions of constant strain rate and dynamic equilibrium are established in two strain rates.