بررسی عددی تأثیر هندسه بر میزان جذب انرژی پانل‌های ساندویچی تحت بارگذاری انفجاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه امام حسین (ع)

2 'گروه عمران دانشکده پدافند غیر عامل دانشگاه امام حسین (ع)

چکیده

در سال­های اخیر با پیشرفت فناوری­های نوین در حوزه سازه، توجه زیادی به المان­هایی مانند پانل‌های ساندویچی شده است. این نوع از المان­ها درعین‌حال که وزن کمی دارند دارای مقاومت بالایی نیز هستند. اجزای ساندویچی  از پرکاربردترین المان­ها برای مقابله با فشار ناشی از موج انفجار هستند. هسته­ پانل‌های ساندویچی مهم­ترین نقش را در جذب و استهلاک انرژی، بر عهده دارد. شکل هندسی هسته می‌تواند در میزان جذب انرژی نقش تعیین‌کننده‌ای داشته باشد. بر این اساس، در این مقاله، اثر شکل هندسی هسته پانل‏ ساندویچی فولادی، بر رفتار و میزان جذب انرژی آن در برابر موج انفجار ‏با روش عددی بررسی‌شده است. حل عددی با استفاده از نرم‌افزار اجزای محدود آباکوس انجام می‌شود. اعتبارسنجی پاسخ‏ها‏ی به‌دست‌آمده از حل عددی، با داده‏ها‏ی تجربی مقالات معتبر انجام‌ شده است. در ادامه، پانل‌های ساندویچی با چهار نوع هسته مختلف متداول و دارای قابلیت ساخت آسان، تحت اثر فشارهای متفاوت موج انفجار مدل شدند و اثر هندسه هسته بر میزان جابجایی و جذب انرژی، موردبررسی قرار گرفت. دو معیار مهم در طراحی این نوع پانل‌های ساندویچی بیشینه کردن میزان جذب انرژی و کمینه کردن مقدار بیشینه جابجایی است. نتایج به‌دست‌آمده نشان می­دهد، در فشارهای پایین مدل 4 با هسته دارای شبکه افقی چهارضلعی، بیشترین میزان جذب انرژی و کمترین جابجایی را دارد. با این وجود، در فشارهای بالا مدل 2 با هسته دارای شبکه عمودی شش­ضلعی دارای کمترین میزان جابجایی و مدل 1 با شبکه عمودی شش­ضلعی دارای بیشینه میزان جذب انرژی است. به عبارت دیگر وابسته به میزان فشار انفجار، پانل ساندویچی با هندسه خاصی می­تواند بهترین عملکرد را داشته باشد.   

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of the Effect of Geometry on the Energy Absorption Rate of Sandwich Panels under Blast Loading

نویسندگان [English]

  • S. Seyman 1
  • A. Ebrahimzade 2
1 Imam Hossein University
2 Imam Hossein University
چکیده [English]

In the recent years, advent of new technologies in the field of Structural Engineering, elements such as Sandwich Panels has attracted more attention, which are lightweight and highly resistant.Sandwich components are  the most widely used elements to resist against the pressure of explosion wave. The core of the sandwich panels does the most important role in absorbing and dissipating the energy of the explosion.And geometric shape of the core can have a decisive role in the amount of energy absorption. Accordingly, in this paper, the effect of geometric shape of the core of the steel sandwich panel on its behavior and amount of energy absorption against the explosion wave is analyzed by numerical methods. Abaqusfinite element software is used for simulation and analyzing. Validation of the responses obtained from numerical solution was performed with experimental data of valid papers. In the following, sandwich panels with four different types of regular and easily fabricated cores, were modeled under different pressures of explosive wave. And the effect of core geometry on the amount of energy absorption and displacement was investigated.Two important criteria in designing these types of sandwich panels are maximizing energy absorption and minimizing maximum displacement. The results show that at low pressures Model 4 with a quadrilateral horizontal core has the maximum energy absorption and minimum displacement value. However, at high pressures Model 2 with a hexagonal vertical core has the minimum displacement and Model 1 with a quadrilateral vertical has the maximum energy absorption. In other words related to the explosion pressure, a sandwich panel with the special geometry can have the best performance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sandwich Panel
  • Numerical Analysis
  • Explosion Wave
  • Energy Absorption

مراجع

[1]     Heimbs, S. “Foldcore Sandwich Structures and their impact Behaviour: an Overview”; Dynamic failure of composite and sandwich structures. Springer, Dordrecht, 2013.##
[2]             Gilkie, R.; Sundararaj, P. “The Impact Resistance of Plastics Sandwich Constructions using Low Density Urethane Foam Cores”; J. Cell. Plast. 1971, 7, 313-318.##
[3]     Nayak, S. K.; “Optimization of Honeycomb Core Sandwich Panel to Mitigate the Effects of Air Blast Loading”; MS. Thesis, The Pennsylvania State University, 2010.##
[4]             Nurick, G.; Martin, J. “Deformation of Thin Plates Subjected to impulsive Loading—a Review Part II: experimental Studies”; Int. J. Impact. Eng. 1989, 8, 171-186.##
[5]             Nurick, G.; Martin, J.  “Deformation of Thin Plates Subjected to Impulsive Loading—a Review: Part i: Theoretical Considerations”; Int. J. Impact. Eng. 1989, 8, 159-170.##
[6]             Rajendran, R.; Lee, J. “Blast Loaded Plates”; Mar. Struct. 2009, 22, 99-127.##
[7]             Jacob, N.; Yuen, S. C. K.; Nurick, G.; Bonorchis, D.;  Desai, S.; Tait, D.“Scaling Aspects of Quadrangular Plates Subjected to Localised Blast Loads—Experiments and Predictions”; Int. J. Impact. Eng. 2004, 30, 1179-1208.##
[8]             Xue, Z.;  Hutchinson, J. W. “Preliminary Assessment of Sandwich Plates Subject to Blast Loads”; Int. J. Mech. Sci. 2003, 45, 687-705.##
[9]             Mori, L.;Queheillalt, D.;Wadley, H.;Espinosa, H. “Deformation and Failure Modes of I-core Sandwich Structures Subjected to Underwater Impulsive Loads”; Exp. Mech. 2009, 49, 257-275.##
[10]          Valdevit, L.; Wei, Z.; Mercer, C.; Zok, F. W.; Evans, A. G.; “Structural Performance of Near-Optimal Sandwich Panels with Corrugated Cores”; Int. J. Solids. Struct. 2006, 43, 4888-4905.##
[11]          Jing, L.;Yang, F.;Wang, Z.;Zhao, L.“A Numerical Simulation of Metallic Cylindrical Sandwich Shells Subjected to Air Blast Loading”; Lat. Am. J. Solids Stru. 2013, 10, 631-645.##
[12]  Vatani Oskouei, A.;Kiakojouri, F.“Non-linear Dynamic Analysis of Steel Hollow I-Core Sandwich Panel under Air Blast Loading”; Civil. Eng. Civil. Infr. 2015, 48, 323-344.##
[13]  Peyman, S.;Ghazanfarinia, S.“Defence and Secutity Structures”; MAUT Press, 2007.##
[14]  Sayed M. Soleimani, Nader H. Ghareeb, Nourhan H. Shaker, Modeling, Simulation and Optimization of Steel Sandwich Panels under Blast Loading,  American Journal of Engineering and Applied Sciences, 2018.##
[15]  Sabzevari, S.; Shahabian, F. “Optimum Selection of Corrugated Sandwich Panels Shape and Materials Subjected to Blast Loading”.##
[16]  Peyman, S.;Sonbolestan, S.H.“Analysis of Underground Tunnels in Explosion Loading Based on Peak Particle Velocity”; Advanced Defence Sci. & Technol. 2017, 8, 45-50.##
[17]  Bulson, P. S. “Explosive Loading of Engineering Structures”; CRC Press: 2002.##
[18]  Brode, H. L. “Numerical Solutions of Spherical Blast Waves”; J. Appl. Phys. 1995, 26, 766-775.##
[19]  Henrych, J.; Major, R. “The Dynamics of Explosion and its Use”; Elsevier/North-Holland, Inc., New York, 1979.##
[20]  Dharmasena, K. P.; Wadley, H. N.; Xue, Z.; Hutchinson, J. W. “Mechanical Response of Metallic Honeycomb Sandwich Panel Structures to High-Intensity Dynamic Loading”; Int. J. Impact. Eng. 2008, 35, 1063-1074.##
Nahshon, K.; Pontin, M.; Evans, A.; Hutchinson, J.; Zok, F.; “Dynamic Shear Rupture of Steel Plates”; J. Mech. Mater. Struct. 2007, 2, 2049-2066. ##

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 19 اسفند 1397
  • تاریخ بازنگری: 23 اسفند 1398
  • تاریخ پذیرش: 23 اسفند 1398
  • تاریخ انتشار: 01 دی 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار