بررسي تحليلي رفتار بالستيك ورق هاي نازك كامپوزيتي چندلايه بر اساس معيارهاي ساي-هيل و كرنش ماكزيمم

Analytical study on the ballistic behavior of thin laminated composite plates based on Tsai-Hill and maximum strain criterions

در اين مقاله، يك مدل تحليلي دوبعدي براي پيش‌بيني رفتار بالستيك ورق هاي نازك كامپوزيتي چندلايه بر اساس معيارهاي ساي-هيل و كرنش ماكزيمم معرفي مي‌شود. در ابتدا سعي در تعيين تغييرشكل لحظه‌اي ورق كامپوزيت همراه با انتشار موج عرضي از نقطه برخورد ضربه، تعيين كرنش‌ها و تنش‌هاي غيرخطي در ورق است. سپس انرژي جذب شده توسط هر يك از مودهاي شكست و تغييرشكل ورق كامپوزيت از جمله انرژي تغييرشكل الاستيك، انرژي شكست كششي طولي و عرضي، انرژي جنبشي حركت محلي، انرژي ورقه ورقه شدن و ترك خوردگي ماتريس محاسبه مي‌شود. براي بررسي شكست لايه‌هاي مختلف ورق كامپوزيت در حين نفوذ پرتابه از معيارهاي ساي-هيل و كرنش ماكزيمم استفاده مي‌شود. همچنين اثر نرخ كرنش روي خواص مكانيكي لايه‌هاي ورق كامپوزيتي به صورت لحظه‌اي در حين فرآيند نفوذ اعمال مي‌شود. در نهايت نتايج مدل تحليلي حاضر بر اساس معيارهاي ساي-هيل و كرنش ماكزيمم با نتايج تجربي مقايسه مي‌شود. معيار كرنش ماكزيمم تطابق خيلي خوبي نسبت به معيار ساي-هيل در محاسبه سرعت حد بالستيك از خود نشان مي‌دهد. با توجه به نتايج بدست آمده سهم انرژي شكست در مقايسه با انرژي تغييرشكل الاستيك با افزايش ضخامت بيشتر و بيشتر مي‌شود. همچنين به ترتيب انرژي جنبشي حركت محلي ورق، لايه لايه شدن و ترك خوردگي ماتريس سهم كمتري در فرآيند جذب انرژي دارند.

In this paper, a 2D analytical model is introduced for predicting the ballistic behavior of the thin laminated composite plate based on tsai-hill and maximum strain criterions. At first, by using the determination of the moment deformation function along with the expansion of transverse wave from impact point, the nonlinear strains and stresses in the composite plate are calculated. Then, the energy absorbed due to failure modes and deflection of composite plate such as elastic deformation energy, longitudinal and lateral fracture energy, kinetic energy of local movement, delamination and matrix cracking, energy is calculated. For investigation of the various failed layers Tsai-Hill and maximum strain criterions are used. In addition to the effects of strain rate is applied momentarily on the mechanical properties of the composite layers during Penetration process. Finally, the present analytical model based on Tsai-Hill and maximum strain criterions is compared with experimental results. The results show that maximum strain criterion with respect to Tsai-Hill criterion has good agreement with experimental results in the calculation of ballistic limit velocity. According to the obtained results the share of fracture energy compared to the elastic deformation energy by increasing the thickness becomes more and more. Also, the kinetic energy of the local movement, delamination and matrix cracking energy have lower share with respect to fracture and elastic deformation energies in the process of energy absorption.