دانش و فناوری هوافضا

دانش و فناوری هوافضا

بررسی پاسخ به ضربه سرعت پایین در پانل های ساندویچی با هسته موجدار پرشده با فوم آلومینیومی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
پویا پیرعلی 1
محسن حیدری بنی 2
حمید صفرزاده 3
جعفر اسکندری جم 4
1 استادیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران
2 دانشجوی دکتری، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران
3 دانشجوی کارشناسی ارشد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران
4 استاد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران
چکیده
امروزه استفاده از ساختارهای ساندویچی به دلیل خواص مناسبی که دارند به‌طور روزافزون در حال افزایش است. پانل های ساندویچی متشکل از صفحات رویه و هسته فوم فلزی به‌طور گسترده‌ای برای مقاومت در برابر ضربه با سرعت‌پایین استفاده می شوند. در این تحقیق سعی شده است تا بامطالعه رفتار فوم‌ آلومینیومی و استفاده از آن‌ در سه نوع ساختار ساندویچی با هسته‌های موجدار مستطیلی، ذوزنقه‌ای و مثلثی خواص جذب انرژی آن‌ها را تحت ضربه با سرعت‌پایین به‌صورت تجربی و عددی موردبررسی قرار گیرد. این آزمایش‌ها با استفاده از یک ضربه‌زننده سر تخت بر روی پانل‌های ساندویچی با هسته موجدار با و بدون فوم آلومینیومی انجام شده است. همچنین با استفاده از نرم‌افزار آباکوس فرآیند مدل‌سازی و تحلیل نمونه‌‌ها صورت گرفته است. آزمون تجربی ضربه با سرعت پایین نیز برای صحت سنجی نتایج شبیه‌سازی توسط دستگاه سقوط وزنه انجام شده است. حالت‌های تغییر شکل، نمودارهای جذب انرژی و سهم جذب انرژی هر جزء مورد بحث قرار گرفته است. نتایج نشان‌دهنده آن است که استفاده از فوم آلومینیومی به صورت قابل توجهی سبب افزایش ظرفیت و بهبود روند جذب انرژی سازه شده است و از نفوذ ضربه‌زننده در پانل جلوگیری کرده است. همچنین نتایج نشان داد که هسته‌های موجدار مستطیلی، ذوزنقه‌ای و مثلثی رفتار متفاوتی در جذب انرژی و جلوگیری از نفوذ ضربه‌زننده داشتند؛ بطوریکه هسته موجدار مستطیلی روند جذب بهتر و سریع‌تری داشت و از نفوذ ضربه-زننده به داخل پانل بیشتر از دو هسته موجدار دیگر جلوگیری به عمل آورد.
کلیدواژه‌ها
پانل ساندویچی
فوم آلومینیومی
ضربه کم سرعت
شبیه‌سازی عددی
روش اجزای محدود

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of Low-Velocity Impact Response in Foam-Filled Corrugated-Core Sandwich Panels

نویسندگان English

Pooya Pirali 1
Mohsen Heydari Beni 2
Hamid Safarzadeh 3
Jafar Eskandari Jam 4
1 Assistant Professor, Materials and Manufacturing Technologies Academic Complex, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
2 Ph.D Student, Materials and Manufacturing Technologies Academic Complex, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
3 Master's Student, Materials and Manufacturing Technologies Academic Complex, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
4 Professor, Materials and Manufacturing Technologies Academic Complex, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Today, the use of sandwich structures is increasing due to their good properties. sandwich panels consisting of face sheets and metal foam core are widely used for low velocity impact resistance. In this research, by studying the behavior of aluminum foam and using it in three type of sandwich structures with rectangular, trapezoidal and triangular corrugated cores, we have tried to experimentally and numerically investigate their energy absorption properties under low velocity impact. These tests were performed using a flat head impactor on corrugated core sandwich panels with and without aluminum foam. Also the process of modeling and analysis of samples has been done using Abacus software. Experimental test of low velocity impact were also performed to verify the simulation results by a drop weight device. Failure modes, energy absorption diagrams and energy absorption contribution of each component are discussed. The results show that the use of aluminum foam significantly increases the capacity and improves the process of energy absorption of the structure and prevents the penetration of impactor on the panel. Also, the results show that rectangular, trapezoidal and triangular corrugated cores have different behavior in absorbing energy and preventing impactor penetration; So that the rectangular corrugated core has a better and faster absorption process and prevents the penetration of the impactor into the panel more than the other two corrugated cores.

کلیدواژه‌ها English

Sandwich panel
aluminum foam
low-velocity impact
numerical simulation
finite element method
[1] K. Malekzade Fard and A. Pourmoid, “Static and dynamic analysis of sandwich structures,” Tarbiat Modares University Journal System, vol. 16, no. 9, pp. 113–134, 2016. [In Persian]
[2] M. A. Tarabizadeh, “Behavior of sandwich aluminum foam against low speed impact load,” Scientific Research Journal of Composite Science and Technology, vol. 5, no. 2, pp. 177–184, 2017. [In Persian]
[3] J. Liu, W. He, D. Xie, and B. Tao, “The effect of impactor shape on the low-velocity impact behavior of hybrid corrugated core sandwich structures,” Composites Part B: Engineering, vol. 111, pp. 315–331, 2017.
[4] Q. H. Qin, W. Zhang, S. Liu, J. Li, J. Zhang, and L. H. Poh, “On dynamic response of corrugated sandwich beams with metal foam-filled folded plate core subjected to low-velocity impact,” Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, vol. 114, pp. 107–116, 2018.
[5] L. L. Yan, B. Yu, B. Han, Q. C. Zhang, T. J. Lu, and B. H. Lu, “Effects of aluminum foam filling on the low-velocity impact response of sandwich panels with corrugated cores,” Journal of Sandwich Structures & Materials, vol. 22, no. 4, pp. 1–19, 2018.
[6] Y. Cheng, M. Liu, P. Zhang, W. C. Zhang, J. Liu, and H. Hou, “The effects of foam filling on the dynamic response of metallic corrugated core sandwich panel under air blast loading: Experimental investigations,” International Journal of Mechanical Sciences, vol. 145, pp. 378–388, 2018.
[7] Y. Rong, J. Liu, W. Luo, and W. He, “Effects of geometric configurations of corrugated cores on the local impact and planar compression of sandwich panels,” Composites Part B: Engineering, vol. 152, pp. 324–335, 2018.
[8] C. Xiang, Q. H. Qin, X. Yu, S. Chen, W. Zhang, Y. Xia, M. Wang, and T. J. Wang, “Dynamic failures of metal sandwich beams subjected to low-velocity impact,” International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, vol. 59, no. 4, pp. 1413–1420, 2019.
[9] Y. Rong, W. Luo, J. Liu, Z. Shen, and W. He, “Effect of core materials on the low-velocity impact behaviour of trapezoidal corrugated sandwich panels,” International Journal of Crashworthiness, vol. 25, no. 5, pp. 505–516, 2019.
[10] L. Yan, P. Su, Y. Han, and B. Han, “Effects of aluminum foam filling on compressive strength and energy absorption of metallic Y-shape cored sandwich panel,” Metals, vol. 10, no. 12, pp. 1–11, 2020.
[11] N. Hayta and G. Kaya, “Experimental investigation on impact response of sandwich composites integrated with a novel 3D multi-layer stitched core,” Composite Structures, vol. 296, pp. 205–231, 2022.
[12] X. Zhou and L. Jing, “Low-velocity impact response of sandwich panels with layered-gradient metal foam cores,” International Journal of Impact Engineering, vol. 184, pp. 112–123, 2024.
[13] A. M. Zakizadeh, A. Refahi Oskouei, and R. Hamzeloo, “Damages evaluation of low velocity impact on glass/polyester-foam sandwich panels using the acoustic technique,” Journal of Science and Technology of Composites, vol. 6, no. 2, pp. 319–329, 2019.
[14] E. Heidari-Shahmaleki and A. Zeinedini, “Application of cotton/epoxy laminated composites to fabricate the uni- and bi-directional cosine corrugated cores sandwich panels,” Journal of Science and Technology of Composites, vol. 7, no. 2, pp. 863–872, 2020.
[15] R. Maher, S. M. R. Khalili, and R. Eslami-Farsani, “The effect of shape memory wire on the ballistic behavior of smart corrugated core sandwich panels,” Journal of Science and Technology of Composites, vol. 8, no. 2, pp. 1612–1627, 2021.
[16] M. Rezvani Tavakol, M. Yarmohammad Tooski, M. Jabbari, and M. Javadi, “The effect of graphene nanoparticles on the strength of sandwich panel structure under quasi-static loading and low-velocity impact,” Journal of Science and Technology of Composites, vol. 9, no. 3, pp. 1994–2005, 2022.
[17] R. Maher, S. M. R. Khalili, and R. Eslami-Farsani, “The effect of shape memory wire on the ballistic behavior of smart corrugated core sandwich panels,” Journal of Science and Technology of Composites, vol. 8, no. 2, pp. 1617–1627, 2021. [In Persian]
[18] H. Zniker, B. Ouaki, S. Bouzakraoui, M. Touhami, and M. Hicham, “Energy absorption and damage characterization of GFRP laminated and PVC-foam sandwich composites under repeated impacts with reduced energies and quasi-static indentation,” Case Studies in Construction Materials, vol. 16, pp. 443–459, 2022.
[19] S. Itxaro, M. Unai, E. Aritz, A. Jon, and E. Borja, “Low-velocity impact performance of integrally-3D printed continuous carbon fibre composite sandwich panels,” Materials Letters, vol. 324, pp. 691–711, 2024.
[20] K. Malekzade Fard and H. Taghipoor, “Experimental and numerical study of energy absorption in foam filled trapezoidal compound core sandwich panels subjected to quasi-static loading,” Journal of Science and Technology of Composites, vol. 5, no. 4, pp. 565–574, 2019. [In Persian]