Расчетная оценка локального индентирования сэндвич-панели
Аннотация
Представлен анализ локального индентирования сэндвич-структур с тонкими ортотропными обшивками и сотовым заполнителем. Индентирование рассматривается в качестве первого приближения процесса поглощения энергии при низкоскоростном ударном нагружении сэндвич-панелей. Использование ортотропной схемы позволяет обобщить анализ для исследования механического поведения изотропной металлической сэндвич-панели.
В общем случае энергия рассеивается в результате локального индентирования обшивки и общего изгиба сэндвич-панели. При ударе вблизи места закрепления панели реализуется механизм локального индентирования.
Для его описания разработана аналитическая модель, использующая допущения об идеальном упруго-пластическом поведении сжимаемого сотового заполнителя и мембранном поведении тонкой ортотропной обшивки при индентировании. Дополнительное упрощение реальной гладкой формы деформированной поверхности ортотропной обшивки сэндвич-панели кусочно-линейной поверхностью в зоне локального трансверсального нагружения дает возможность получить расчетные соотношения, позволяющие оценить напряженно-деформированное состояние и прочность панели при индентировании на значительную глубину.
Экспериментальная проверка аналитической модели выполнена на двух видах сэндвич-панелей, имеющих различные типы слоистых обшивок: из однонаправленного углепластика с укладкой слоев [45/-45]s или тканевого арамидного пластика(укладка слоев [0/90]). Обе структуры имели сотовые заполнители, выполненные из пропитанной связующим бумаги типа Nomex или одного слоя стеклоткани. Длина стороны ячейки составляла 2,5 мм.
Испытания проведены на INSTRON 5882 (машина для квазистатических испытаний) с использованием навесного экстензометра и программного обеспечения Bluehill2. Для получения механических характеристик обшивок проведены испытания на квазистатическое растяжение образцов, вырезанных из сэндвич-панели.
Результаты анализа находятся в хорошем соответствии с полученными экспериментальными данными и могут быть использованы при оценке энергии удара, поглощенной панелью, путем интегрировании расчетных кривых «локальная нагрузка – перемещение».Ключевые слова
Полный текст:
PDFЛитература
Timoshenko S.P., Goodier J.N. Theory of Elasticity. New York, McGraw-Hill, 1970. 755 p.
Willis J.R. Hertzian Сontact of Anisotropic Bodies. J. Mech. Phys. Solids, 1966, vol. 14, no. 3, pp. 163–176. doi: 10.1016/0022-5096(66)90036-6.
Yang S.H. Sun C.T. Indentation Law for Composite Laminates. Proceedings of Composite Materials ASTM, Sixth Conference, 1982, pp. 435–449.
Wu E., Yen C. The Contact Behavior Between Laminated Composite Plates and Rigid Sphere. J. Applied Mech., 1994, vol. 61, no. 1, pp. 60–66. doi: 10.1115/1.2901421.
Christoforou A.P. On the Contact of a Spherical Indenter and a Thin Composite Laminate. Composite Structures, 1993, vol. 26, no. 1–2, pp. 77–82. doi: 10.1016/0263-8223(93)90046-S.
Soden P.D. Indentation of Composite Sandwich Beams. J. Strain Analysis for Eng. Design, 1996, vol. 31, no. 5, pp. 353–360. doi: 10.1243/03093247V315353.
Shuaeib F.M. Soden P.D. Indentation Failure of Composite Sandwich Beams. Composites Sci. Technol., 1997, vol. 57, no. 9–10, pp. 1249–1259. doi: 10.1016/S0266-3538(97)00060-2.
Zenkert D., Shipsha A., Persson K. Static Indentation and Unloading Response of Sandwich Beams. Composites Part B, 2004, vol. 35, no. 6–8, pp. 511–522. doi: 10.1016/j.compositesb.2003.09.006.
Hazizan M.A., Cantwell W.J. The Low Velocity Impact Response of Foam-Based Sandwich Structures. Composites Part B, 2002, vol. 33, no. 3, pp. 193–204. doi: 10.1016/S1359-8368(02)00009-4.
Feraboli P. Damage Resistance Characteristics of Thick-Core Honeycomb Composite Panel. Proceedings of 47th AIAA Structures, Structural Dynamics and Materials Conf., Newport, USA. 2006.
Olsson R., McManus H.L. Improved Theory for Contact Indentation of Sandwich Panels. AIAA Journal, 1996, vol. 34, no. 6, pp. 1238–1244.
ABAQUS 6.4. Hibbitt, Karlsson and Sorensen, 2003.
Hallquist J.O. LS-DYNA Keyword User's Manual. Version 970. Livermore Software Technology Corporation, 2003.
Sapozhnikov S.B., Cheremnykh S.I., Maslakova A.G. Prediction of deformation and biaxial strength of fiber reinforced laminates for WWFE by using micro damage mechanics. Proceedings of ECCM-13. Stockholm, Sweden, 2008. (CD version).
Fatt M.S.H., Park K.S. Dynamic Models for Low-Velocity Impact Damage of Composite Sandwich Panels – Part A: Deformation. Composite Structures, 2001, vol. 52, no. 3–4, pp. 335–351. doi: 10.1016/S0263-8223(01)00026-5.
Fard K.M., Khalili S.M.R., Forooghy S.H., Hosseini M. Low Velocity Transverse Impact Response of a Composite Sandwich Plate Subjected to a Rigid Blunted Cylindrical Impactor. Composites Part B, 2014, vol. 63, pp. 111–122. doi: 10.1016/j.compositesb. 2014.03.011.
Fatt M.S.H., Park K.S. Dynamic Models for Low-Velocity Impact Damage of Composite Sandwich Panels – Part B: Damage Initiation. Composite Structures, 2001, vol. 52, no. 3–4, pp. 353–364. doi: 10.1016/S0263-8223(01)00045-9.
Foo C.C., Chai G.B., Seah L.K. A Model to Predict Low-Velocity Impact Response and Damage in Sandwich Composites. Composites Sci. Technol., 2008, vol. 68, no. 6, pp. 1348–1356. doi: 10.1016/j.compscitech.2007.12.007.
Hazizan M.A., Cantwell W.J. The Low Velocity Impact Response of an Aluminium Honeycomb Sandwich Structure. Composites Part B, 2003, vol. 34, no. 8, pp. 679–687. doi: 10.1016/S1359-8368(03)00089-1.
Zhu S., Chai G.B. Damage and Failure Mode Maps of Composite Sandwich Panel Subjected to Quasi-Static Indentation and Low Velocity Impact. Composite Structures, 2013, vol. 101, pp. 204–214. doi: 10.1016/j.compstruct.2013.02.010.
Ссылки
- На текущий момент ссылки отсутствуют.
