بررسی تحلیلی و عددی صفحات کامپوزیتی تحت بارگذاری ضربه‌ای سرعت پایین با پرتابه‌های متفاوت

در پژوهش حاضر اثر شکل پرتابه بر روی پاسخ صفحات کامپوزیتی ارتوتروپیک به روش تحلیلی و عددی برای دو حالت بدون‌لایه‌لایه‌شدگی و با ‌لایه‌لایه‌شدگی مورد بررسی قرار گرفته است. در روش تحلیلی از مدل جرم و فنر استفاده شده و روش جدیدی برای بررسی برخورد دو پرتابه تخت و مخروطی ارائه شده است. در روش عددی برخورد انواع پرتابه‌ها به ورق با استفاده از بسته اجزا محدود انسیس و ال اس داینا شبیه‌سازی شده است. کامپوزیت مورد استفاده از جنس کربن/اپوکسی است و ضخامت صفحه در اندازه‌های 6 , 4 ,2 میلی‌متر بررسی شده است. جرم ضربه‌زننده 3گرم و سرعت برخورد برای هر ضخامت ورق متفاوت می‌باشد. برای بررسی اثر شکل پرتابه سه نوع ضربه‌زننده کروی، مخروطی و استوانه ای سر تخت مدلسازی شده است. زمان برخورد، بیشینه و تاریخچه جابه‌جایی مرکز ورق و نیروی تماس برای سه ضربه‌زننده مختلف بدست آمده و با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج عددی و تحلیلی بدست آمده در این پژوهش با یکدیگر مقایسه شده است و نتایج دارای تطابق و همگرایی خوبی هستند. طبق نتایج بدست آمده در همه پرتابه‌ها، بیشینه جابه‌جایی در مرکز ورق در هنگامی که لایه‌لایه‌شدگی اتفاق می‌افتد، بیشتر از زمانی‌ست که آسیبی رخ نمی‌دهد. همچنین طبق نتایج بدست‌آمده بیشینه جابه‌جایی در مرکز ورق برای هر دوحالت با و بدون لایه‌لایه شدگی برای پرتابه تخت در مقایسه با دیگر پرتابه‌ها کمتر است و بلعکس بیشینه نیروی تماس برای هر دو حالت با و بدون لایه‌لایه شدگی برای پرتابه تخت بیشتر است.

Analytical and Numerical study of composite plates under impact loading at low velocity with different strikers

In this research the influence of the striker shape on orthotropic composite plates for states, no damage (delamination) and damaged (delamination) are studied. In the analytical method, the spring mass system is used and new analytical model for flat and conical strikers are investigated. In the numerical method, the impact of different strikers on the composite laminate is simulated by using of finite element package (AnsysLs Dyna). These studies have been done on plates made of carbon and epoxy and the sheet thickness has been investigated in the size of 2, 4 and 6 mm. The striker mass is 3 g and its velocity for each thickness is different. To investigate the effects of the striker shape, three nose shapes spherical, conical and cylindrical with flat nose are modeled. The impacting time, the displacement time history and the maximum central deflection, and the contact force for all strikers are obtained and compared with each other. The results of analytical model are good agreement with numerical simulation. According to the results, when the delamination occurs, the maximum central deflection is more than once that damage dose not occurs. According to the results, the maximum central deflection of the flat striker on for both cases, with and without delamination, is less than the other strikers, conversely, the maximum contact force is more than the other strikers.