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

فرآیندهای نوین در مهندسی مواد

مقاله 3، دوره 9، شماره 2، شهریور 1394، صفحه 17-27   

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

مسعود گلستانی پور^{* 1}؛ ابوالفضل باباخانی²؛ سید مجتبی زبرجد³

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

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

³استاد، 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

پنل ساندویچی؛ فوم آلومینیومی؛ نفوذ پرتابه سرعت بالا؛ جذب انرژی؛ آنالیز المان محدود

مراجع

[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.