حساسیت رفتار مکانیکی سازه‌های چندلایه فلزی به مکان تغییرات خواص مادی در بارگذاری ضربه‌ای

استفاده از مواد فلزی با جنس­های متفاوت در سازه‌های فلزی چندلایه، امکان طراحی سازه‌هایی با رفتار مکانیکی مناسب را فراهم می‌آورد. بنابراین بررسی اثر تغییرات پارامترهای مادی لایه‌های فلزی به منظور بهینه‌سازی رفتار ضربه­ای این سازه­ها ضروری به نظر می‌رسد. در این مقاله با استفاده از یک مدل المان محدود، رفتار الاستوپلاستیک سازه­های فلزی چندلایه تحت بارگذاری ضربه­ای سرعت پائین، بصورت خروجی­هایی شامل نیروی تماسی، جابجایی عرضی، انرژی کرنشی الاستیک و پلاستیک و همچنین انرژی جنبشی ضربه­زننده ارزیابی شده است. آلومینیوم 6061 به عنوان ماده پایه‌ی لایه‌های فلزی انتخاب شده و مواد فرضی دیگری که تنها در میزان تنش تسلیم یا مدول الاستیسیته با ماده­ی پایه متفاوتند، جهت اعمال تغییرات خواص مادی در نظر گرفته شده­اند. چیدمان های مختلفی از فلز پایه و مواد فرضی انتخاب شده‌اند تا علاوه بر مشاهده‌ی اثر تغییر خواص مادی بر رفتار مکانیکی، موقعیت مکانی این تغییرات در لایه­های مختلف نیز مقایسه گردد. نتایج مطالعات نشان می‌دهد که اثر خمش در لایه‌ی ابتدایی و انتهایی موجب حساسیت بیشتر رفتار سازه به تغییرات خواص این لایه‌ها نسبت به لایه‌ی میانی می‌شود. از سوی دیگر اثر تغییرشکل‌های موضعی در لایه‌ی ابتدایی، باعث شدت بیشتر تغییرات رفتار سازه در آن نسبت به لایه‌ی انتهایی می‌گردد. نتایج مدل‌سازی حاضر با نتایج آزمایشگاهی و عددی مقایسه شده و انطباق خوبی بین آنها مشاهده شد

Sensitivity of the impact behavior of multi layered metal laminates to the positionof material parameters variations

The possibility of using different materials for different layers of adhesively bonded metal laminate (ABML) structures is an important advantage over the monolithic structures which facilitate smart design of the metal laminate structures. Therefore, studying the effects of the material parameters of the metal layers on mechanical behavior of ABML under various loading conditions seems to be necessary. In this paper, a finite element modelwas developed to study the elastic plastic behavior of ABML under low velocity impact loadings. This model was very well validated against the experimental and other numerical results. The effects of the material parameters including the Young's modulus and the yield stress of different layers on the impact responses of the ABML structure were investigated numerically. The contact force, the transverse displacement, the plastic strain energy,the elastic strain energy and the impactor's kinetic energy were considered in this paper as the major impact responses. Al 6061 was selected as the base material. The Young's modulus and the yield stress of the base material were varied to form artificial materials for studying the corresponding effects on the impact responses of the ABML plates. The ABML plates with various stacking sequences of the base and artificial materials were modeled to study both the effect of varying material parameters and the position of the material parameters variations on the impact behaviors of ABML. The results indicated that the impact responses of the ABML plate were much more sensitive to the material characteristics of the top and bottom metal layers than the middle layers due to the bending effects. Moreover, the material parameters of the top metal layer is more influencing on the impact responses of the ABML plates due to the local deformations.