بررسي خواص مكانيكي سازه‌هاي ساندويچي چند منظوره با هسته z-پين با استفاده از شبيه‌سازي عددي دستگاه آزمايش ميله فشاري هاپكينسون

Mechanical properties of multifunctional composite structures with z-pin core using numerical simulation of Hopkinson pressure bar test device

استفاده از z-پين‌ها عليرغم وزن كم و اندازه‌ي كوچك، به منظور كاهش معايب كامپوزيت‌ها و سازه‌هاي ساندويچي، افزايش مقاومت و استحكام آنها و همچنين جلوگيري از رشد ترك، گسترش فراواني پيدا كرده است. در اين مقاله با استفاده از روش المان‌محدود، رفتار سازه‌هاي ساندويچي چند منظوره با هسته z-پين در نرخ كرنش‌هاي متوسط (بين 164 تا 327 بر ثانيه)، تحت آزمايش ميله فشاري هاپكينسون مورد بررسي قرار گرفته شده‌است. اثرات نرخ كرنش و رفتار مكانيكي سازه ساندويچي چند منظوره تحت بارگذاري ديناميكي بررسي و با نتايج تجربي موجود مقايسه شده است كه توافق خوبي بين نتايج وجود دارد. همچنين به بررسي پارامترهاي موثر در جهت افزايش مقاومت مكانيكي سازه‌هاي ساندويچي با هسته‌هاي z-پين، مانند پرداخته شده است. اين پارامترها شامل زاويه قرار گيري z-پين‌ها نسبت به افق، جنس ماده تشكيل‌دهنده و بررسي تغيير قطر z-پين‌ها مي‌باشد. به طور خلاصه نتايج نشان مي‌دهد كه اين سه پارامتر تاثير بسزايي در افزايش تنش جريان و افزايش مقاومت نهايي سازه خواهند داشت. در انتها به مقايسه خواص مكانيكي سازه ساندويچي با هسته z-پين و هسته لانه‌زنبوري شبيه سازي شده پرداخته شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه تحت شرايط وزني و حجمي يكسان هسته، ميزان مقاومت فشاري نهايي هسته ساخته شده از z-پين‌ از هسته لانه زنبوري كمتر ولي انعطاف پذيري آن بيشتر مي‌باشد.

The z-pins in spite of their small sizes and small weights, but they have been expanded to reduce the disadvantages of composites and sandwich panels, increase their resistances and strengths, and prevent crack growth. In this paper, using a finite element method, the behavior of multi-functional sandwich panels with z-pin cores in average strain rates (between 164-327 1/s) under Split Hopkinson pressure bar (SHPB) test was investigated. The effects of strain rate and mechanical behavior of multifunctional sandwich panel subjected to dynamic loading were investigated and the results compared with the published experimental tests. Good agreements were found between them. Also, effective parameters such as embedding angle of z-pins, their materials and their diameters were investigated. In conclusion, the results showed that the foresaid parameters had effective roles in increasing flow stress and ultimate strength of multifunctional sandwich panels. Furthermore, the mechanical properties of sandwich panel with z-pin and honeycomb were compared. The results showed that in the same weight and Volume core condition, the ultimate strength and flexibility of z-pins were respectfully smaller and larger than honeycomb cores.