پاسخ دینامیکی غیر‌خطی هندسی صفحه‌های هدفمند فلزی - سرامیکی تحت بار‌گذاری انفجار

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد عمران گرایش سازه، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

FGM‌ها یا مواد هدفمند گونه‌ای از مواد مرکب هستند که تغییرات تدریجی خواص مواد را از سطحی به سطح دیگر نشان می‌دهند. با توجه به پیوستگی ترکیب مواد تشکیل‌دهنده، مواد هدفمند خواص مکانیکی مؤثر‌تری نسبت به مواد مرکب چند‌لایه دارا می‌باشند که این منجر به از بین رفتن تمرکز تنش بین لایه‌ای می‌شود. بیش‌ترین کاربرد این مواد در سازه‌های جدار نازک نظیر صفحه‌ها و پوسته‌ها می‌باشد. صفحه‌ها به‌دلیل سطح گسترده و ضخامت کم، در برابر بار‌های انفجاری از یک سو دارای مقاومت کمی هستند و از سوی دیگر، تغییرمکان‌های زیادی پیدا می‌کنند. از این رو، بهره‌گیری از صفحه‌های هدفمند به‌دلیل ساختار مواد تشکیل‌دهنده‌ی آن‌ها که از یک توزیع توانی در راستای ضخامت برخوردار است، باعث بهبود مقاومت و کاهش تغییر‌مکان خواهد شد. در این پژوهش، با استفاده از نرم‌افزار اجزای محدود Abaqus، به بررسی پاسخ دینامیکی غیر‌خطی هندسی صفحه‌های هدفمند استاینلس‌استیل - سیلیکون‌نیترید تحت بار‌های انفجاری پرداخته شده است. برای این کار، اثر شاخص توان حجمی، نسبت ابعاد صفحه، ضخامت صفحه، مقدار ماده‌ی منفجره و فاصله‌ی آن و نیز اثر مقیاس رپلیکا همراه با مقیاس هوپکینسون مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داده‌اند که با افزایش شاخص توان حجمی (از صفر تا بی‌نهایت)، افزایش فاصله‌ی مرکز انفجار تا صفحه (از 500 به 900 میلی‌متر) و افزایش ضخامت صفحه (از 6 به 18 میلی‌متر)، مقدار بیشینه‌ی تغییر‌مکان صفحه به‌ترتیب 29/1%، 43/64% و 87/74% کاهش پیدا کرده است. از سوی دیگر، با بزرگ‌تر شدن نسبت ابعاد صفحه (از 1 به 2) و افزایش مقدار ماده‌ی منفجره (از 5 به 25 گرم)، بیشینه‌ی تغییر‌مکان صفحه به‌ترتیب 1/06 و 3/09 برابر شده است. همچنین، مشاهده شد که تغییر خواص مواد در راستای ضخامت صفحه هیچ تأثیری بر روی مقیاس‌گذاری ندارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The Geometrically Nonlinear Dynamic Response of Metal-Ceramic FGM Plates under the Blast Loading

نویسندگان [English]

  • reza jome manzari 1
  • Farzad Shahabian 2
1 Master of Civil Structural Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Professor, Department of Civil Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Functionally Graded Materials (FGMs) are kinds of composite materials which exhibit continuous variation of material properties from one surface to another. With regard to the continuity of mixture of constituent materials, FGMs have more effective mechanical properties compared to laminated composite materials, which leads to eliminate the interlayer stress concentration. The most common usage of such materials is in thin-wall structures, such as plates and shells. Plates due to their extensive surface and low thickness, not only have low resistance against the blast loads, but also experience large displacements. Hence, utilizing FGM plates because of their constituents materials which have a power distribution in the direction of thickness, will lead to resistance improvement and displacement reduction. In this research, ABAQUS finite element software has been used to study geometric nonlinear dynamic response of Stainless steel-Silicon nitride FGM plates against the blast loads. The effect of volume fraction index, plate aspect ratio, plate thickness, the amount of explosive material and its distance and also the effect of Replica scale with Hopkinson scale are investigated in this study. The results show that with rising in the volume fraction index (from zero to infinity), increasing in the distance of explosion center to the plate (from 500mm to 900mm) and plate thickness (from 6mm to 18mm), the maximum amount of displacement of the plate have decreased by %29/1, %43/64 and %87/74 respectively. On the other hand, by expansion of the plate dimensions ratio (from 1 to 2) and increasement in the amount of explosive material (from 5 to 25gr), the maximum displacement of the plate have increased by 1/06 and 3/09 respectively. Also, it has been observed that changes in materials properties along with plate thickness don’t have any effect on scaling.

کلیدواژه‌ها [English]

  • functionally graded materials
  • FGM plate
  • Volume fraction index
  • Geometric nonlinear response
  • Blast loading

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 21 تیر 1397
  • تاریخ دریافت: 10 اسفند 1396
  • تاریخ بازنگری: 26 خرداد 1397
  • تاریخ پذیرش: 21 تیر 1397