مطالعة اجزای محدود مود شکست و تأثیر پارامترهای مؤثر بر استحکام اتصالات سازة ساندویچی به‌کاررفته در ماهواره

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی / دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد / دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تهران

چکیده

صفحات ساندویچی با هستة لانه‌زنبوری به‌دلیل استحکام ویژه (نسبت استحکام به وزن) و سفتی ویژه (نسبت سفتی به وزن) بالا، به‌صورت گسترده در سازة اصلی ماهواره به‌کار می‌روند. بنابراین، با توجه به کاربرد این نوع صفحات و لزوم پیاده‌سازی بحث اتصالات در سازه‌های فضایی، مدلسازی و تحلیل این اتصالات امری لازم به‌نظر می‌رسد. در این پژوهش، یک مدل اجزای محدود برای پیش‌بینی رفتار این نوع اتصالات تحت بارگذاری pull-out ارائه شده است. این مدل دربرگیرندة تمامی اجزای اتصال شامل هسته، پوسته، المان چسبی، پیچ و اینزرت می‌باشد. از نرم افزار آباکوس 6.14 برای شبیه‌سازی استفاده شد. نتایج تحلیل حاضر نشان داد که تحت بار کششی، در ناحیة چسب بین بالة پایینی اینزرت و پوستة کامپوزیتی بیشترین تنش اتفاق می‌افتد. مقایسة نتایج اجزای محدود حاصل از این پژوهش، با نتایج آزمایش موجود پیشین مؤید مود تخریب در اتصال می‌باشد. در نهایت، تأثیر خصوصیات هسته و پوستة کامپوزیتی بر بار شکست اتصالات مورد بررسی قرار گرفت که چگالی هسته، بیشترین تأثیر را بر بار شکست داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Finite element study of the failure mode and influence of effective Parameters on strength of sandwich structure joints used in satellite

نویسندگان [English]

  • Majid Safarabadi Farahani 1
  • Hossain Bigdeli 2
چکیده [English]

Sandwich panels with honeycomb core are widely used as satellite primary structure due to high specific strength (strength to weight ratio) and high specific stiffness (stiffness to weight ratio). Therefore, Due to the application of sandwich panels and the need for implementation of these joints in space structures, modeling and analysis of these joints seems to be necessary. In this study, a finite element model is provided to predict the behavior of this type of joints under pull-out loading. This model considers the whole joint components including core, skin (face), cohesive element, bolt and insert. Abaqus 6.14 software was used for simulation. The results indicated that under tensile load, in the adhesive layer between the lower fin insert and composite face the highest stress occurs. Comparison of finite element results of this study with available experimental data confirmed the fracture mode of the joint. Finally, the effect of core and composite face characteristics on joint failure load was investigated. The core density had the greatest influence on failure Load.

کلیدواژه‌ها [English]

  • sandwich panel
  • honeycomb core
  • insert
  • cohesive element
  • finite element analysis

[1] J. K. Byoung, D. G. Lee, Development of satellite structure with the sandwich T-joint, Composite Structures, Vol. 92, pp. 460-468, 2010.

[2] J. W. Lim, J. Woo, Development of the hybrid insert for composite sandwich satellite structures, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 42, No. 8, pp. 1040-1048, 2011.

[3] B. Smith, B. Banerjee, Reliability of inserts in sandwich composite panels, Composite Structures, Vol. 94, No. 3, pp. 820-829, 2012.

[4] K. Song, J. Y. Choi, J. H. Kweon, K. S. Kim, An experimental study of the insert joint strength of composite sandwich structures, Composite Structures, Vol. 86, pp.107-113, 2008.

[5] P. Bunyawanichakul, B. Castanié, J. J. Barrau, Non-linear finite element analysis of inserts in composite sandwich structures, Composites: Part B, Vol. 39, pp. 1077-1092, 2008.

[6] S. Heimbs, M. Pein, Failure behaviour of honeycomb sandwich corner joints and inserts, Composite Structures, Vol. 89, No. 47, pp. 575-88, 2009.

[7] G. Bianchi, G. S. Aglietti, G. Richardson, Optimization of bolted joints connecting honeycomb panels, First CEAS European air and space conference, Berlin, pp. 2179–86, 10–13 September 2007.

[8] O. T. Thomsen, Sandwich plates with through the-thickness and fully potted inserts: evaluation of differences in structural performance, Compos Struct, Vol. 40, No. 2, pp. 159-74, 1998.

[9] B. Elena, L. Anders, O. T. Thomsen, S. Vitaly, Local effects in the vicinity of inserts in sandwich panels, Composites Part B, Vol. 35, pp. 619–27, 2004.

[10] S. Guo, R. Morishima, Numerical analysis and experiment of composite sandwich T-joints subjected to pulling load, Composite Structures, Vol. 94, pp. 229–238, 2011.

[11] Mohammad Reza Khalili, Aidin Ghaznavi Osghoei, Finite element modeling of T-shaped connector panel - sandwich subjected to tensile loading, Amirkabir International Journal of Mechanical Engineering, 1391 (in persian).

[12] Mohammad Reza Khalili, Aidin Ghaznavi Osghoei. Amin Ghaznavi Osghoei , The influence of geometry on the behavior and failure mode in sandwich panel T-shaped joints under lateral loading, Journal Of Modeling in Engineering, JR_JME-12-36_007, 1393 (in persian).

[13] Abaqus documentation/analysis user's guide, edition 2013.

[14] P. P. Camanho, C. G. Dávila, Mixed-mode decohesion finite elements for the simulation of delamination in composite materials, NASA-Technical paper, Vol. 211737, p. 33, 2002.

[15] R. Campilho, M. D. Banea, J. Neto, L. F. da Silva, Modelling adhesive joints with cohesive zone models: effect of the cohesive law shape of the adhesive layer, International Journal of Adhesion and Adhesives, Vol. 44, pp. 48-56, 2013.

[16] K. N. Anyfantis, N. G. Tsouvalis, A novel traction–separation law for the prediction of the mixed mode response of ductile adhesive joints, International Journal of Solids and Structures, Vol. 49, pp. 213-226, 2012.

[17] K. Song, C. G. Dávila, C. A. Rose, Guidelines and Parameter Selection for the Simulation of Progressive Delamination, Abaqus Users’ Conference, 2008.

[18] C. Fan, P. Y. B. Jar, J. R. Cheng, Cohesive zone with continuum damage properties for simulation of delamination development in fiber composites and failure of adhesive joints, Engineering Fracture Mechanics, Vol. 75, No. 13, pp. 3866-3880, 2008.

[19] R.Campilho, M. De Moura, J. Domingues, Using a cohesive damage model to predict the tensile behavior of CFRP single-strap repairs, International Journal of Solids and Structures: Vol. 45, No. 5, pp. 1497-1512, 2008.

[20] R. Roy, K. H. Nguyen, Y. B. Park, J. H. Kweon, J. H. Choi, Testing and modeling of Nomex™ honeycomb sandwich Panels with bolt insert, Composites: Part B, Vol. 56, pp. 762-769, 2014.