عنوان پایان‌نامه
بررسی رفتار دینامیکی ورق های مرکب چند لایه ای فلز- الیاف تقویت شده با ذرات نانو تحت بار ضربه سرعت پایین به روش تحلیلی و عددی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3608;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81308;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3608;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81308
- تاریخ دفاع
- ۰۴ بهمن ۱۳۹۵
- دانشجو
- محدثه فلاح یخدانی
- استاد راهنما
- علیرضا دانش مهر
- چکیده
- امروزه از کامپوزیت های پلیمری بدلیل خواص مکانیکی برجسته ای که دارند در صنایع مختلف همچون هوا فضا، خودروسازی، عمران و معدن مورد استفاده قرار می گیرند. گرچه خواص این مواد، باعث شده است تا در صنایع مذکور مفید فایده واقع شوند اما مقاومت کم کامپوزیت ها در برابر شکل گیری خرابی ناشی از ضربه، که می تواند مقاومت و پایداری سازه را کاهش دهد، به عنوان یک عامل محدود کننده مطرح می باشد. چندلایه های فلز – الیاف که مقاومت مکانیکی مناسبی در برابر انواع بارها، از جمله بارهای عرضی دارند، می توانند به عنوان جایگزین مناسبی برای چندلایه های کامپوزیتی مطرح شوند. از آنجا که این سازه ها معمولا در کاربردهای مختلف، به طور وسیع در معرض بارهای ضربه قرار می گیرند، در این پژوهش رفتار چندلایه های فلز – الیاف در برابر ضربه سرعت پایین به دو روش تحلیلی و نرم افزاری مورد مطالعه قرار گرفته است. در بخش تحلیلی معادلات حاکم بر مساله با استفاده از اصل همیلتون بر مبنای تئوری برشی مرتبه بالا استخراج گردیده و سپس با استفاده از روش ریتز و رانگ کوتا معادلات بدست آمده حل گردیده اند. همچنین به منظور در نظر گرفتن تاثیر نانوذرات بر خواص مکانیکی چندلایه از مدل میکرومکانیکی توسعه یافته مخلوط ها استفاده شده است. لازم بذکر است که برای محاسبه ترمهای معادله اصل همیلتن از الگوریتم انتگرال گیری دوگانه با حدود متغیر استفاده شده است که قادر به تحلیل چندلایه های با شکل هندسی دلخواه (غیر مستطیلی) می باشد. پس از صحت سنجی مدل تحلیلی ارائه شده مربوط به دو نوع شکل هندسی (مستطیلی و غیر مستطیلی) با استفاده از نتایج منتشر شده، تاثیر پارامترهای مختلفی همچون سرعت اولیه، قطر و جرم پرتابه، شرایط مرزی چندلایه و همچنین تاثیر نانو ذرات بر رفتار دینامیکی چندلایه های فلز – الیاف بررسی شده اند. همچنین در بخش عددی، با استفاده از نرم افزار LS-DYNA پدیده نفوذ در چندلایه های GLARE شبیه سازی شده است. پس از اعتبار سنجی مدل شبیه سازی شده با نتایج تجربی، تاثیر شکل هندسی و زاویه برخورد پرتابه و نانوذرات خاک رس بر میزان خرابی بوجود آمده در چندلایه های GLARE تحت ضربه سرعت پایین بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که رفتار دینامیکی چندلایه های GLARE به طور قابل توجه به شرایط مرزی وابسته می باشد. همچنین ملاحظه گردید که با افزودن نانوذرات خاک رس و نانولوله های کربنی به مقدار 7 و ? درصد، ماکزیمم نیروی تماس بترتیب به میزان 9/15 و 8/7 درصد افزایش و میزان نفوذ به مقدار 2/15 و 0/8 درصد کاهش می یابد. همچنین مشاهده گردید که با کاهش زاویه برخورد پرتابه نسبت به راستای قائم، میزان خرابی بوجود آمده در چندلایه افزایش می‌یابد. واژه‌های کلیدی: چندلایه های GLARE، ذرات نانو، شکل هندسی دلخواه، شرایط مرزی مختلف، ضربه سرعت پایین، نرم افزار LS-DYNA.
- Abstract
- Recently the polymer composites due to their superior mechanical properties have been used extensively in the many industries such as aerospace, automobile, civil, marine and etc. But their performance in the impact loading can be considered as a limit factor during design process. Previus researches show that Fiber Metal Laminates (FMLs) can improve the performance of the laminates subjected to the impact loading. Hence these new hybrid composite lamiantes can be suitable replacement of the traditional laminated composites. Impact loadings in aerospace structures are commonly caused by sources such as: runway debris, hail, maintenance, dropped tools, etc. Hence, in the present research the low velocity impact response of GLARE -a special type of FMLs- studied using a developed analytical model and FE simulation. In the Analytical part, the governing equations are derived based on high-order shear deformation theory using Hamilton’s principle. The equivalent mechanical properties of reinforced composite laminate are estimated according to the extended rule of mixture. An integration scheme appropriate for calculating double integral with variable limits is developed based on Simpson rule to evaluate the components of Hamilton’s equation. A two-dimensional Ritz formulation appropriate for general boundary conditions incorporated to the nonlinear Hertzian contact law to establish the equations of motion in the form of matrix representation in space domain. A well-known fourth-order Runge_Kutta method is employed to solve the resulted equations in time domain. The validity of proposed model is achieved by good agreement of comparisons between its predictions and those published in the open literature. Afterwards numerical results are provided to study the effect of involved parameters such as presense of nano particels, boundary conditions, impactor mass, velocity and diameter in detail. It is found the the dynamic response of GLAREs is highly affected by changing the boundary conditions. In addition, increasing the nano particles amount leads higher impact force and lower impatctor indentation. In the Finite element part, the peneteration phenomena in GLARE has been simulated using a nonlinear dynamic finite element software, LS-DYNA. After verifying the presented finite element model, the influence of parameters such as nanoparticles, the collision angle and the shape of impactor on the damage resonse of GLARE have been investigated. It is found that the nanoclay particles can improve the induced damge on the GLARE. Moreover, between the all studied collision angles of impactor, the normal impactor causes the highest damage on the GLARE. Keywords: GLAREs, nanoparticles, general geometry, general boundary conditions, low velocity impact, LS-DYNA software.
