مهندسی ساخت و تولید ایران

مهندسی ساخت و تولید ایران

بررسی جذب انرژی پانل ساندویچی با هسته و رویه آلومینیومی تحت بارگذاری شبه استاتیک: مطالعه عددی و تجربی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
2 عضو هیئت‌‌علمی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
3 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
چکیده
ساندویچ پانل­ ها به دلیل جذب انرژی مطلوب نسبت به وزنی پایینی که دارند در سازه­ هواپیما از قبیل سطوح فرامین­ بال و دماغه هواپیما به طور گسترده مورد استفاده قرار می­ گیرند. امروزه از ساندویچ پانل ­های هیبریدی با توجه به خواص مکانیکی متفاوتی که دارند در صنایع هوایی مورد استفاده قرار گرفته ­اند. ساختار ساندویچ پانل ­ها متشکل از دو رویه نازک و یک هسته می­باشند، هسته از تاثیر بارهای برشی خارج از صفحه بر روی ورق های سطحی جلوگیری می کند و آن ­ها را در برابر کمانش پشتیبانی می­ کند. در این مقاله به بررسی جذب انرژی و استحکام پانل‌های ساندویچ با صفحه آلومینیومی 2024-T3 به ‌عنوان پوسته و لانه زنبوری آلومینیومی 5052 به‌ عنوان هسته آن تحت بارگذاری پانچ شبه استاتیک با استفاده از دو سنبه با مقطع مسطح و کروی، به ‌صورت تجربی و عددی پرداخته شده است. جهت انجام تحلیل­ های عددی، روش حل صریح در نرم افزار المان محدود آباکوس مورد استفاده قرار گرفته است. حالت‌های خرابی در این آزمون شامل چروک شدن صفحه، جدا شدن لایه چسب بین صفحه و هسته، پارگی صفحه، خرد کردن مغزی پانل ساندویچی خارج از صفحه، خم شدن مغزی پانل ساندویچی درون صفحه، پارگی مغزی پانل ساندویچی، طبقه‌بندی می‌شوند. نتایج تحلیل عددی نسبت به نتایج نمونه­ های تجربی از تطابق خوبی برخوردار هستند. حداقل میزان جذب انرژی نمونه­ های تجربی پانل ساندویچی در آزمون نفوذ سنبه 42/21 ژول و حداکثر 13/25 ژول می­ باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigating the energy absorption of sandwich panel with aluminum core and skin under Quasi-static loading: A numerical and experimental study

نویسندگان English

Hamid reza Rezayat 1
Hossein Toozandehjani 2
Amir Zakeri 3
1 PhD Student, Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Faculty Member, Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 MSc Student, Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده English

Sandwich panels are widely used in aircraft structures, such as the surfaces of the wing, radome and engine cowling, due to their optimal energy absorption compared to their low weight. Nowadays, hybrid sandwich panels are used in the aviation industry due to their different mechanical properties. The structure of sandwich panels consists of two thin layers and a core, the core prevents the effect of out-of-plane shear loads on the surface sheets and supports them against buckling. In this paper, the energy absorption and strength of sandwich panels with 2024-T3 aluminum plate as the shell and 5052 aluminum honeycomb as its core are investigated under quasi-static punch loading using two punchers with flat and spherical cross sections, experimentally and numerically. For numerical analysis, the explicit solution method is used in Abaqus finite element software. Failure modes in this test are classified as wrinkling of the panel, separation of the adhesive layer between the panel and the core, tearing of the panel, crushing of the core of the sandwich panel outside the plate, bending of the core of the sandwich panel inside the plate, and tearing of the core of the sandwich panel. The results of numerical analysis are in good agreement with the results of experimental samples. The minimum amount of energy absorption of sandwich panel experimental samples in the punch penetration test is 21.42 joules and the maximum is 25.13 joules.

کلیدواژه‌ها English

Sandwich Panel
Energy Absorption
Aluminum
Punch Penetration
[1] Darab S, Pol MH, Rahi A. Experimental Investigation of Aluminum Foam Sandwich Panels under Quasi-static Loading. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2020 Sep 22;7(7):14-23. [In Persian]
[2] Zhang Y, Li Y, Guo K, Zhu L. Dynamic mechanical behaviour and energy absorption of aluminium honeycomb sandwich panels under repeated impact loads. Ocean Engineering. 2021 Jan 1;219:108344. doi: 10.1016/j.oceaneng.2020.108344
[3] Mahmoudabadi MZ, Sadighi M. Experimental investigation on the energy absorption characteristics of honeycomb sandwich panels under quasi-static punch loading. Aerospace Science and Technology. 2019 May 1;88:273-86. doi: 10.1016/j.ast.2019.02.035
[4] Khaire N, Tiwari G, Patel V, Iqbal MA. Assessment of the ballistic response of honeycomb sandwich structures subjected to offset and normal impact. Defence Technology. 2023 Oct 1;28:56-73. doi: 10.1016/j.dt.2022.12.018
[5] Tariq F, Uzair M, Shifa M. Residual compressive strength of aluminum alloy honeycomb sandwich panel in the presence of multiple impact dents. Journal of Sandwich Structures & Materials. 2022 Feb;24(2):1189-205. doi: 10.1177/10996362211036987
[6] Sun G, Chen D, Wang H, Hazell PJ, Li Q. High-velocity impact behaviour of aluminium honeycomb sandwich panels with different structural configurations. International Journal of Impact Engineering. 2018 Dec 1;122:119-36. doi: 10.1016/j.ijimpeng.2018.08.007
[7] Zhang Y, Yan L, Zhang C, Guo S. Low-velocity impact response of tube-reinforced honeycomb sandwich structure. Thin-Walled Structures. 2021 Jan 1;158:107188. doi: 10.1016/j.tws.2020.107188
[8] Petras A, Sutcliffe MP. Failure mode maps for honeycomb sandwich panels. Composite structures. 1999 Apr 1;44(4):237-52. doi: 10.1016/S0263-8223(98)00123-8
[9] Foo CC, Seah LK, Chai GB. Low-velocity impact failure of aluminium honeycomb sandwich panels. Composite structures. 2008 Sep 1;85(1):20-8. doi: 10.1016/j.compstruct.2007.10.016
[10] Crupi V, Epasto G, Guglielmino E. Collapse modes in aluminium honeycomb sandwich panels under bending and impact loading. International Journal of Impact Engineering. 2012 May 1;43:6-15. doi: 10.1016/j.ijimpeng.2011.12.002
[11] Zhang X, Xu F, Zang Y, Feng W. Experimental and numerical investigation on damage behavior of honeycomb sandwich panel subjected to low-velocity impact. Composite Structures. 2020 Mar 15;236:111882. doi: 10.1016/j.compstruct.2020.111882
[12] Sun G, Huo X, Wang H, Hazell PJ, Li Q. On the structural parameters of honeycomb-core sandwich panels against low-velocity impact. Composites Part B: Engineering. 2021 Jul 1;216:108881. doi: 10.1016/j.compositesb.2021.108881
[13] Hassanpour Roudbeneh F, Liaghat G, Sabouri H, Hadavinia H. Experimental investigation of quasistatic penetration tests on honeycomb sandwich panels filled with polymer foam. Mechanics of advanced materials and Structures. 2020 Nov 2;27(21):1803-15. doi: 10.1080/15376494.2018.1525628
[14] Rezayat HR, Toozandehjani H, Zakeri A. Experimental study of energy absorption of sandwich panel with composite/elastomer skin. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2023 Dec 22;10(10):26-42. doi: 10.22034/IJME.2023.418015.1840 [In Persian]
[15] Military standard Sandwich Constructions and core materials, MIL-STD-410B, General test method, Department of Defens, Washington, D.C. 1967.
[16] Military standard adhesive film form Sandwich Constructions, MIL-A-25463.Department of Defens, Washington, D.C.1982.
[17] Zhu S, Chai GB. Damage and failure mode maps of composite sandwich panel subjected to quasi-static indentation and low velocity impact. Composite structures. 2013 Jul 1;101:204-14. doi: 10.1016/j.compstruct.2013.02.010