تحلیل عددی- تجربی آسیب در بال کامپوزیتی تحت خمش

جعفرپور, مهدی; کبیری عطاآبادی, عبدالرضا; ربیعیان, حمید; قارایی, امین; نجات بخش, حسین

تحلیل عددی- تجربی آسیب در بال کامپوزیتی تحت خمش

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ مجتمع دانشگاهی مکانیک دانشگاه صنعتی مالک اشتر اصفهان ایران

² مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران

³ دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران

⁴ گروه طراحی کاربردی دانشگاه علامه تائینی

⁵ گروه طراحی و سازه دانشکده فنی مهندسی دانشگاه گلپایگان

چکیده

تحلیل عددی آسیب و تعیین استحکام نهایی سازه‌های بزرگ و در ابعاد واقعی از تحلیل‌های پیچیده و زمان‌بر است. لذا استفاده از مدل آسیب ساده و در عین حال دقیق از اهمیت خاصی برخوردار است. در این تحقیق به آزمایش و تحلیل عددی آسیب در سازه بال کامپوزیتی یک پرنده خاص در مقیاس واقعی در بارگذاری خمشی پرداخته شد. جهت بررسی کامل‌تر نتایج تست، استخراج داده‌های بیشتر در مورد نحوه ایجاد آسیب و همچنین برآورد استحکام سازه، سازه بال با جزئیات سازه‌ای شامل اسپارها و ریب‌ها و همچنین تاثیر پچ‌های اتصال در نرم‎افزار اجزا محدود آباکوس مدل‎سازی شد و مورد تحلیل آسیب با استفاده از زیربرنامه USDFLD قرار گرفت. این زیربرنامه پس از شروع آسیب، خواص مکانیکی را به صورت ناگهانی جهت شبیه‎سازی فرآیند رشد آسیب کاهش می‎دهد. بررسی نتایج تحلیل عددی و تجربی نشان داد که مدل آسیب استفاده شده با دقت مناسب می‌تواند رفتار مکانیکی سازه بال را شبیه سازی کند. از بررسی نتایج مشخص گردید که مدل‌ عددی و سازه کامپوزیتی بال سفتی یکسانی دارند؛ ولی استحکام بال تحلیل شده کمتر از استحکام نهایی مشاهده شده در تست خمش می‎باشد. مقایسه نتایج کرنش سنج‌ها با نتایج حاصل از تحلیل آسیب نیز نشان می‌دهد مدل‌سازی سازه با جزئیات لایه چینی درست انجام شده و مدل آسیب نیز با دقت مناسب در نرم‌افزار اجرایی شده و رفتار سازه را پیش بینی می‌کند. لذا به نظر می‌رسد این مدل آسیب برای تحلیل آسیب سازه‌های کامپوزیتی واقعی و بزرگ با سرعت و دقت مناسب قابل استفاده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Numerical-Experimental Analysis of Damage in a Composite Wing Structure under Bending

نویسندگان [English]

Mahdi Jafarpoor ¹
Abdulreza Kabiri Ataabadi ²
Hamid Rabieian ³
Amin Gharaei ⁴
Hosein Nejat Bakhsh ⁵

¹ Complex of Mechanics of Malek Ashtar University of technology

² Complex of Mechanics of Malek Ashtar University of Technology, Isfahan, Iran.

³ Department of Science and Recent Technology of Tehran University

⁴ Group of Applied Design of Allameh Naeini University

⁵ Group of Design and Structure of Department of Technical and Engineering of Golpayegan University

چکیده [English]

Numerical analysis of damage of large structures in real dimensions is a complex and time-consuming analysis. Therefore, it is important to use a simple and accurate damage model. In this research, the test and numerical analysis of damage in the composite wing structure of an airplane in real scale in bending loading was done. For a more complete review of the test results, extracting more data about the way of causing damage and also estimating the strength of the structure, the wing structure including spars and ribs, as well as the effect of fabric patches in the finite element software ABAQUS was modeled and subjected to damage analysis using USDFLD subroutine. After the initiation of damage, this subroutine reduces the mechanical properties suddenly. Examining the results of numerical and experimental analysis showed that the used damage model can accurately simulate the mechanical behavior of the wing structure. From the results, it was found that the numerical model and the composite wing structure have the same stiffness; but the strength of the analyzed wing is lower than the final strength observed in the bending test. Comparing the results of the strain gauges with the results of the analysis also shows that the modeling of the structure with the layup details is done correctly and the damage model is implemented with appropriate accuracy in the software. Therefore, it seems that, this damage model can be used for damage analysis of real and large composite structures with appropriate speed and accuracy.

کلیدواژه‌ها [English]