بررسی و شبیه‌سازی آزمون سوراخ‌کاری شبه‌استاتیک در پنل‌های ساندویچی با هسته فوم کامپوزیتی Al A356/SiCp

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 2، دوره 6، شماره 22- زمستان 94، بهمن و اسفند 1394، صفحه 13-28   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

مسعود گلستانی پور^{* 1}؛ ابوالفضل باباخانی²؛ سید مجتبی زبرجد³

¹استادیار گروه پژوهشی مواد و موسسه علمی کاربردی جهاد دانشگاهی خراسان رضوی.

²دانشیار گروه مواد و متالورژی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد.

³استاد بخش مهندسی متالورژی دانشکده مهندسی دانشگاه شیراز.

تاریخ دریافت: 31 اردیبهشت 1395،  تاریخ پذیرش: 31 اردیبهشت 1395 

چکیده

پنل­های ساندویچی با هسته فوم آلومینیوم یا کامپوزیت زمینه آلومینیومی، ساختارهایی سبک با قابلیت جذب انرژی هسـتند که در کاربردهای حـفاظت در برابر ضـربه نظیـر پنل­های سـاختمانی سبک، مواد بسته­بندی و جاذب­های انرژی کاربرد دارند. در این پژوهش از آزمون تجربی سوراخ­کاری شبه­استاتیک روی نمونه­های پنل ساندویچی با هسته فوم کامپوزیتی Al A356/SiCp ، صفحه هایی از جنس آلومینیوم 1100 ، نمونه صفحه های بدون هسته فومی و فوم کامپوزیتی بدون حضور صفحه ها استفاده شد. فرورونده بکار رفته از جنس فولاد و دارای سر مخروطی شکل با زاویه 60 درجه، قطر 10 میلی متر و با سرعت سوراخ­کاری بسیار پایین و برابر با 02/0 میلی­متر بر ثانیه انتخاب شد. نتایج تجربی نشان دادند که استفاده همزمان از صفحه ها و هسته فومی در قالب پنل ساندویچی تاثیری شایان توجه در افزایش مقدار جذب انرژی به وسیله پنل دارد. افزون بر ایـن، مشخص شـد که با افـزایش ضخامت هسته فومی و صفحه ها، بیشینه نیروی سوراخ­کاری و انرژی جذب شده به وسیله نمونه افزایش می­یابد. در ادامه آنالیز المان محدود با استفاده از نرم­افزار ABAQUS 6.12 بمنظور شبیه­سازی آزمون      سوراخ­کاری شبه­استاتیک با شرایطی مشابه با شرایط آزمون تجربی روی مدل­هایی از نمونه­های یاد شده انجام گرفت. نتایج شـبیه­سازی شامل تـوزیع تنش روی مدل­ها، منحنی نیرو- جابه­جایی، بیشینه نیروی سوراخ­کاری و نیز انرژی جذب شده به وسیله نمونه­ها ارایه گردید و مشخص شد که نتایج بدست آمده از شبیه­سازی در مدل­های پنل ساندویچی تطابق مطلوبی با یافته­های بدست آمده از آزمون تجربی دارد.

کلیدواژه‌ها

پنل ساندویچی؛ فوم آلومینیومی؛ سوراخ‌کاری شبه‌استاتیک؛ جذب انرژی؛ آنالیز المان محدود

عنوان مقاله [English]

Investigation and Simulation of Quasi-Static Perforation Test on Sandwich Panels with Al A356/SiCp Composite Foam Core

نویسندگان [English]

M Golestanipour¹؛ A Babakhani²؛ S. M Zebarjad³

چکیده [English]

Aluminium and aluminium base composite foam core sandwich panels are good energy absorbers for impact protection applications, such as light-weight structural panels, packing materials and energy absorbing devices. In this study, quasi-static perforation tests were carried out on sandwich structures with Al A356/SiC_pcomposite foam core andAl 1100 aluminium face-sheets, face-sheets without foam core and aluminium foam without face-sheets. For these tests a 10 mm diameter 60^oconical nosed indenter with very low displacement velocity (0.02 mm/sec) was used. The results showed significant increase on energy absorption of sandwich structures in comparison with witness samples. Also increasing foam core and face-sheet thickness leaded to gain higher piercing force and more absorbed energy. Further, explicit finite element (FE) analyses of quasi-static perforation on panels were performed using ABAQUS 6.12. The stress distribution, force-displacement curve, peak piercing fore and energy absorption of different structures were presented. The numerical prediction was found to be in good agreement with the experiments.

کلیدواژه‌ها [English]

Aluminum Foam, Sandwich Panel, Quasi-Static Perforation, Energy Absorption, Finite element analysis

مراجع

1- M.F. Ashby, A. Evans, N.A. Fleck, L.J. Gibson, J.W. Hutchinson, and H.N.G. Wadley, “Metal Foams-A Design Guide”, Butterworth-Heinemann, London, 2000.

2- J. Banhart, “Manufacture, characterization and Application of Cellular Metals and Metallic Foams”, Progress in Material Science, Vol. 46, pp. 559-632, 2001.

3- H.P. Degischer,and B. Kriszt, “Handbook of Cellular Metals”, Weinheim, Wiley-VCH, 2002.

4- J. Banhart, and H.W. Seeliger, “Aluminium Foam Sandwich Panels: Manufacture, Metallurgy and Applications”, Advanced Engineering Materials, Vol. 10, pp. 793-802, 2008.

5- W. Hou, F. Zhu, G. Lu, and D.N. Fang, “Ballistic Impact Experiments of Metallic Sandwich Panels with Aluminium Foam Core”, International Journal of Impact Engineering, Vol. 37, pp. 1045-1055, 2010.

6- K. Mohan, H. P. Seow, I. Sridhar, and T. H. Yip, “Effects of Face Sheet Material in the Indentation Response of Metallic Foams”, Journal of Materials Science and Engineering, Vol. 42, pp.3714-3723, 2007.

7- G. Lu, J. Shen, W. Hou, D. Ruan, and L. S. Ong, “Dynamic Indentation and Penetration of Aluminum Foams”, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 50, pp.932-943, 2008.

8- D. Ruan, G. Lu, and Y. C. Wong, “Quasi-Static Indentation Tests on Aluminum Foam Sandwich Panels”, Composite Structures, Vol. 92, pp.2039-2046, 2010.

9- Z. Xie, Z. Zheng,and J. Yu, “Localized Indentation of Sandwich Panels with Metallic Foam Core: Analytical Models for Two Types of Indenters”, Composites: Part B, Vol. 44, pp. 212-217, 2013.

10- مسعود گلستانی پور، مینو توکلی، سید مجتبی زبرجد، ابوالفضل باباخانی، بهروز نادری "بررسی جذب انرژی پنل­های ساندویچی با هسته فوم آلومینیوم تحت آزمون سوراخ­کاری"، مجله مواد نوین، جلد 3، شماره 2، صفحه 38-25، زمستان 1391.

11- مسعود گلستانی­پور، سیمین دوراندیش، سهیلا تدینی، ابوالفضل باباخانی، سید مجتبی زبرجد، بهروز نادری، "بررسی تغییرشکل پنل ساندویچی با هسته فوم آلومینیومی تحت آزمون سقوط پرتابه"، فصلنامه فرایندهای نوین در مهندسی مواد، سال هشتم، شماره 2،صفحه 97-87، تابستان 1393.

12- M. Golestanipour, H. AminiMashhadi, M. S. Abravi, M. Malekjafarian, and M. H. Sadeghian, “Manufacturing of Al/SiCp Composite Foams Using Calcium Carbonate as Foaming Agent”, Materials Science and Technology, Vol. 27, pp. 923-927, 2011.

13- JIS H 7902 Standard, “Method for Compressive Test of Porous Metals”, 2008.

14- DIN 50134 Standard, “Testing of Metallic Materials-Compression Test of Metallic Cellular Materials”, 2008.

15- مسعودگلستانی­پور،ابوالفضل باباخانی، سید مجتبی زبرجد، "بررسی و شبیه­سازی استحکام برشی اتصال چسبی در پنل­های ساندویچی با هسته فوم آلومینیومی تولید شده به روش ذوبی با عامل فوم­ساز"، فصلنامه فرایندهای نوین در مهندسی مواد، پذیرفته شده و در نوبت چاپ.