تحليل ضربه سرعت پايين ورق چند لايه مركب با كمك قانون برخورد اصلاح يافته

Low Velocity Impact Analysis of Laminated Composite Plates with Using Modified Contact Law

در اين مقاله يك قانون برخورد اصلاح شده جديد براي برخورد ضربه زننده با سرعت پايين بر روي ورق هاي مركب چندلايه ارايه مي گردد. در اين روش براي اولين بار با ارايه يك فرايند حل تحليلي جديد با كمك گيري از اصل انرژي پتانسيل مينيمم و استفاده از رابطه تواني غيرخطي تماس بين ضربه زننده و سازه هدف، ضرايب مجهول قانون تواني تماس به صورت صريح بدست مي آيد. بر اين اساس ضرايب قانون تماس براي انواع مختلفي از مسايل ضربه با سرعت پايين در ورق هاي چندلايه مركب محاسبه گرديده است. به كمك اين روش جديد، محدوده معتبر جهت استفاده از قانون هرتز براي ورق هاي چندلايه مركب بدست مي آيد. با استفاده از اين روش، علاوه بر كاهش زمان حل، فرايند حل مسيله با همگرايي مناسبي انجام مي شود. قانون برخورد جديد نشان مي دهد كه براي هر مسيله برخورد اين قانون ازنظر مقادير ضرايب، منحصربه فرد مي باشد. از طرفي اين قانون نشان مي دهد كه ضرايب استفاده شده در آن به شدت وابسته به شرايط مرزي، خصوصيات هندسي و موادي، سازه هدف و ضربه زننده مي باشد. نتايج بدست آمده از اين روش، تطابق خوبي با ديگر نتايج تجربي و عددي دارد. در اين روش پاسخ نيرو-زمان، پاسخ سازه به ضربه در شرايط تكيه گاهي مختلف و اثرات پارامترهاي فيزيكي و هندسي از قبيل جرم، سرعت و قطر ضربه زننده، همچنين ابعاد سازه هدف بر روي تاريخچه نيرو بررسي مي شود.

In the present paper, a new systematic iterative analytical procedure for low-velocity impact analysis of composite plates is presented. In this method, assuming the exponential equation similar to the Hertzian contact law, using the principle of minimum potential energy and the energy-balance model between the indenter and the plate, the unknown coefficients of the exponential equation are obtained analytically. The elastic strain energy resulting from bending in the composite plate and external work due to indentation load is evaluated using an appropriate shape function for the composite plate deformation. Using the present method, in addition to reducing the runtime, the problem-solving process is carried out with appropriate convergence. Accordingly, contact coefficients for various types of composite plates with different boundary conditions have been calculated. The results are in good agreement with the experimental and numerical results. The force-time response and structure response to low-velocity impact with various boundary conditions are investigated. Also, considering the importance of physical and geometrical parameters such as mass and velocity of the impactor, the dimension of the composite plate, and the effect of these parameters on contact force history are studied. It has been shown that with increasing diameter and velocity of the impactor, exponent value in nonlinear equation contact will increase, while this parameter decreases with increasing mass of the impactor.