تحليل عددي مودهاي شكست صفحه كامپوزيتي تحت تاثير ضربه تگرگ

A Numerical study of failure modes of a composite plate subjected to hail ice impact

در اين مقاله به تحليل عددي مودهاي شكست تحت بارگذاري ضربه تگرگ پرداخته شده است. تگرگ بدليل ماهيت جامد و حجم بالاي آب در آن، در مقايسه با باران و برف، يك خطر جدي براي هواپيما است. در پژوهش حاضر ابتدا به صحت سنجي مدلسازي عددي سازه كامپوزيت با نرم افزار المان محدود ال اس داينا تحت ضربه پرتابه صُلب فولادي پرداخته شده و سپس بارگذاري ضربه تگرگ مورد بررسي قرار گرفته است. تغيير در چيدمان صفحه كامپوزيت، تغيير سرعت و شكل پرتابه از پارامترهاي مورد بررسي هستند. مقايسه نتايج بين پرتابه صلب و تگرگ با جرم و سرعت يكسان نشان داد فقط مود كششي ماتريس در برخورد پرتابه تگرگ رخ مي دهد، درحاليكه در برخورد پرتابه صلب همه مودهاي شكست مشاهده مي شود. از طرفي با افزايش زاويه چيدمان، آستانه سرعت آسيب در بارگذاري ضربه تگرگ افزايش مي يابد. بيشترين و كمترين آسيب در چيدمان ±15° و ±45° مشاهده شد. همچنين با افزايش سرعت پرتابه تگرگ تعداد بيشتري از لايه ها دچار آسيب مي شوند. ضربه تگرگ استوانه اي در مقايسه با تگرگ كُروي سبب آسيب بيشتري در سازه كامپوزيت مي شود.

Numerical investigation of failure modes of composite plates subjected to the hail ice impact presented in this paper. Compare to rain and snow, hail is known as a serious threat to the aircraft exterior structure and engine due to its high density. First, numerical simulation of composite plate subjected to a rigid projectile impact is conducted using commercial finite element software, LS-DYNA and validated with previous investigations. After validation, a numerical study is performed for a composite plate subjected to the hail impact and the effect of stacking sequences of composite plate, velocity and shape of projectile are investigated. Results show, for identical mass and velocity, only the matrix extensional mode occurs in hail impact while for the rigid impact all failure modes are observed. Also, increased fiber angle produced higher damage threshold velocity in ice impact. Highest and lowest damage showed for ±15° and ±45° orientations. Moreover, it has been observed that more layers damaged with larger velocity ice impact. Result illustrate that the cylindrical shape hail caused more damage compared with hemispherical shape.