مطالعه ضربه پذیری پانل های ساندویچی فوم آلومینیومی با استفاده از مدل سازی آزمایشگاهی و عددی

فومهای فلزی خواص منحصربه فردی مانند نسبت استحکام به وزن بالا، جذب انرژی خوب، جذب صدای بالا، عایق بندی حرارتی عالی و همچنین قابلیت بازیافت مناسب هستند. به این دلایل استفاده آنها در سازه های ساختمانی، خودروسازی، کشتی سازی و مهندسی هوافضا در سال های اخیر گسترش یافته است. فوم های آلومینیومی از مهم ترین و پرکاربردترین فوم های فلزی هستند که بسیار سبک وزن بوده و در دو نوع "سلول-بسته" و "سلول-باز" تولید می شوند. بعضاً سازه ساخته شده از این فوم ها در معرض برخورد و ضربه قرار می گیرد لذا مشخصات ضربه پذیری آنها دارای اهمیت است.این مقاله نتایج یک مطالعه آزمایشگاهی و عددی بر روی مشخصات جذب انرژی پانل های ساندویچی فوم آلومینیومی را گزارش می کند. پانل های موردمطالعه شامل یک هسته فوم آلومینیوم سلول بسته هستند که بین دو صفحه نازک از آلومینیوم 3105 قرار می گیرند. نمونه های آزمایشگاهی پانل های ساندویچی فوم آلومینیومی دارای هندسه مدور به قطر 350 میلیمتر هستند که فوم آلومینیوم دارای ضخامت 10 میلیمتر و چگالی نسبی 0/22 است و ضخامت ورق های آلومینیومی رویه ها 1 میلی متر است. نمونه ها تحت بارگذاری شبه استاتیکی با استفاده از دستگاه SANTAM-STM40 مورد آزمایش قرارگرفته اند. طرح کلی میله خلنده متشکل از یک میله مدور از فولاد پرمقاومت به قطر 50 میلی متر بوده است که نوک آن با ماشین کاری CNC به شکل نیمکروی تراش داده شده است. یک سیستم تکیه گاهی خاص، برای انجام آزمایش نفوذ میله خلنده در داخل نمونه های پانل طراحی و ساخته شده است. آزمایشهای نفوذ تا مرحله پارگی و عبور کامل میله از داخل پانل ها ادامه یافته است. رفتار شبه استاتیکی نمونه های آزمایشگاهی با استفاده از یک مدل اجزای محدود پیشرفته با در نظر گرفتن رفتار غیرخطی مصالح، غیرخطی هندسه و مکانیک آسیب هم در ورق های آلومینیومی و هم در فوم آلومینیومی شبیه سازی شده است. مدل عددی به خوبی قادر بوده است فرایند نفوذ میله خلنده در داخل پانل های ساندویچی فوم آلومینیومی را شبیه سازی کند. انطباق بسیار خوبی بین رفتارهای نیرو-جابحایی، مودهای آسیب و خرابی و نیز شکل پارگی پانل های ساندویچی در آزمایش و در مدل عددی مشاهده شد. با استفاده از مدل عددی یک مطالعه پارامتری بر روی ضربه پذیری پانل های ساندویچی فوم آلومینیومی انجام پذیرفته و شاخص های ضربه پذیری استخراج و گزارش شده اند.

کلیدواژه ها:

فوم آلومینیوم ، پانل ساندویچی ، جذب انرژی ، آزمایش شبه استاتیکی ، مدلسازی عددی