مدل سازي عددي نفوذ پرسرعت در چند لايه هاي بافته‌شده با درنظرگيري اثرات نرخ كرنش در تخريب پيش رونده

Numerical Modeling of High Velocity Penetration in Woven Laminates Considering Strain Rate Effects in Progressive Damage

در اين پژوهش، تخريب پيش رونده مواد كامپوزيت بافته‌شده در اثر ضربه سرعت بالا به روش اجزا محدود مورد بررسي قرار مي گيرد. ابتدا ضرورت تحليل مسايل ضربه در مواد كامپوزيت با استفاده از روش تخريب پيش رونده شرح داده شده و در ادامه، مدل هاي ماده موجود براي اين‌گونه تحليل، بررسي مي شود. روابط حاكم بر آستانه خرابي و مودهاي آن و همچنين پيشرفت تخريب، بيان مي گردد. اين روابط با درنظرگيري اثر نرخ كرنش بر تغيير مدول ها و استحكام هاي ماده كامپوزيتي، ارايه گرديده است. بر اساس روابط حاكم، يك مدل ماده تعريف‌شده توسط كاربر در نرم افزار ال اس-داينا ساخته شده است. مدل ماده تهيه‌شده، قابليت شبيه سازي و تحليل مودهاي مختلف خرابي شامل تخريب كششي يا فشاري الياف، تخريب عرضي و برشي داخل صفحه، تخريب خارج صفحه و لايه شدگي و همچنين له شدگي با درنظرگيري اثر نرخ كرنش را دارا است. با استفاده از اين مدل ماده، ضربه بالستيك در هدف هاي چهارلايه و هشت لايه كامپوزيتي مورد بررسي قرار مي گيرد. تغييرات سرعت لحظه اي پرتابه در سرعت هايي كمتر و بيشتر از حد بالستيك ارايه شده و سرعت حد بالستيك هر صفحه چندلايه، تعيين مي گردد. دو رويكرد صرف‌نظر يا درنظرگيري اثرات نرخ كرنش، باعث به دست آمدن پاسخ هاي متفاوتي براي سرعت حد بالستيك مي گردند. همچنين ميزان تغييرات مدول و استحكام در جهت الياف بر اساس نرخ كرنش و رشد پارامتر خرابي براي نقاط نزديك و دور از محل ضربه و همچنين مناطق مياني، مورد بررسي قرار مي گيرد.

In this research, progressive damage of woven composite materials due to high velocity impact using finite element method is investigated. Necessity of impact analysis of composite materials using progressive damage method is detailed and available material models for this type of analysis is discussed. Governing equations at onset of failure and failure modes as well as damage growth is expressed. Strain rate effects are contained in dynamic modulus and strength of composite materials. A user defined material model was supplied in LS-Dyna. Different failure modes such as axial failure in fibers due to tension or compression, in-plane lateral and shear failure, out of plane failure and delamination and crushing including strain rate effects may be simulated. Ballistic impact in four and eight layered composite targets was investigated using this UMAT. Variation of projectile velocity in terms of time was studied on velocities less than and more than ballistic limit velocity. Two different responses were achieved by considering or neglecting strain rate effects. Also, variation of elastic modulus and strength in fiber direction as function of strain rate and damage growth were investigated for near field, far field and midrange of impact zone.