ارزیابی و پایش اثر مکانیکی وجود آسیب اولیه در هسته تیرهای ساندویچی سازه بدنه شناور کامپوزیتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، مجتمع دانشگاهی هوافضا دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی هوافضا

3 دکتری تخصصی، گروه مهندسی صنایع، دانشگاه علم و فناوری مازندران، بهشهر، ایران

چکیده

در این مقاله، تأثیرات وجود یا ایجاد آسیب در هسته تیرهای ساندویچی بدنه شناورهای سبک از منظر تغییرات رفتار مکانیکی مورد تحلیل قرار می‌گیرد. این نوع آسیب‌ها بدلیل حضور در عمق لایه‌چینی، به‌دشواری قابل آشکارسازی و پیش‌بینی اثرات مکانیکی وجود آن‌ها، ضروری است. به‌عنوان یکی از سنجه‌های رفتار مکانیکی، اثر مشخصه‌های آسیب در نقاط حساس تیر ساندویچی تیرک طولی بدنه با تعیین تغییرات پاسخ کمانش میسر می‌گردد. ابتدا مدل تیر در نرم‌افزار اجزاء محدود آباکوس 14-6 شبیه‌سازی شده و با انجام تحلیل‌های استاتیکی معیار تنشی، موقعیت و وضعیت نقاط حساس (Hotspots) برآورد می‌شود. با دنبال نمودن مقادیر پارامترهای مکانیکی معیار در موقعیت‌های حساس سازه، اثرات آسیب-های تعریف شده در نتیجه تحلیل و تعیین بارهای بحرانی کمانش پایش می‌گردد. صحت و اعتبار نتایج حاصل از شبیه‌سازی و تحلیل در نرم‌افزار اجزای محدود آباکوس از مقایسه نتایج تحلیل کمانشی از نرم‌افزار در حالت‌های مختلف با نتایج تجربی و همچنین نتایج تئوری تحلیلی (فرمولی)، تایید شده است. درنتیجه، بااطلاع از وضعیت حساسیت به آسیب، طراحی تیرها و تیرک‌ها در بدنه شناورها بر مبنای تحمل تلرانس آسیب (Damage Tolerant)، ممکن
گردیده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation and Monitoring of Initial Core Damage Mechanical effects in Sandwich Longitudinal Stiffeners of Composite Ship Hull Structutre

نویسندگان [English]

  • Mahmood Zabihpoor 1
  • Seyyed Masoud Seyyed Ghasir 2
  • Mohsen Rezaei 3
1 Malek Ashtar university of Technology
2 Malek Ashtar university of Technology
3 Industrial Engineering group, Mazandaran University of Science and Technology, Behshahr, Iran
چکیده [English]

In this paper, the effects of the presence or initiation of damage in the core of sandwich beams of a ship hull are investigated in terms of variations in mechanical behavior.
This type of damages is difficult to detect due to the presence in depth of the laminate and is essential to predict their mechanical effects.
As one of the measures of mechanical behavior, the effect of damage characteristics on Hotspots of the structure of longitudinal stiffeners of sandwich beam is determined by the buckling response changes.
Firstly, the beam model is simulated through ABAQUS 6-14 finite element software and the Hotspots and their stress states are determined by static analyses.
By evaluating the measures of mechanical criteria parameters of the beam structure in Hotspots, initial core damage effects are described as a result of analyses and determination of critical buckling loads.
The accuracy and validation of the simulation and analyses results from ABAQUS finite element software has been confirmed by comparing the results of buckling analyses from the software in different modes with the experimental and analytical theory(formula) results.
Therefore, by knowing the sensitivity of the structure response to the damage properties, the design of beams and stiffeners in the hull of ships based on damage tolerant philosophy has been possible.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sandwich Beams
  • Buckling
  • Composite Ship
  • Core Damage
  • Health Monitoring
  • Damage Tolerance
[1] Reissner E. "Finite deflections of sandwich plates". J Aeronaut Sci.; 15: 435–440, 1984.
[2] Libove C and Butdorf SB. "A general small-deflection theory for flat sandwich plates". NACA TN 1526, 1948.
[3] Plantema F.J. "Sandwich construction: the bending and buckling of sandwich beams", plates and shells". New York: Wiley, 1966.
[4] Grigoluk E.I. and Culkov P.P., "Stability and vibrations of sandwich shells". Moscow: Masinostroenie, 1973 (in Russian).
[5] Frostig, Y., and Baruch, M., "High-order buckling analysis ofsandwich beams with transversely flexible core.",  J. Eng. Mech., 119(3), 476–495, 1993.
[6] Noor A.K., Burton W.S. and Bert C.W., "Computational models for sandwich panels and shells". Appl Mech Rev., 49: 155–199, 1996.
[7] Sugimura Y., Meyer J. and He M.Y., "On the mechanical performance of closed cell al alloy foams". Acta Mater., 45: 5245–5259, 1997.
[8] Reddy J.N., "Mechanics of laminated composite plates: theory and analysis". Boca Raton: CRC Press; 1997.
[9] Khdeir AA, Reddy J.N., "Buckling of cross-ply laminated beam with arbitrary boundary conditions", Compos Struct., 37(1):1e3, 1997.
[10] Ashby M.F., Evans A.G., Fleck N.A., "Metal foams: a design guide". Boston:Butterworth-Heinemann, 2000.
[11] Vinson J.R. "Sandwich structures". Appl Mech Rev. 54: 201–214, 2001.
[12] Banhart J. Manufacture, "Characterisation and application of cellular metals and metal foams". Progr Mater Sci., 46: 559–632, 2001.
[13] Léotoing, L., Drapier, S., and Vautrin, A. "First applications of anovel unified model for global and local buckling of sandwich columns", 2002.
[14] Fagerberg, L., "Wrinkling and compression failure transition in sandwich panels" ,J. Sandwich Structures and Materials, 6(2),129–144, 2004.
[15] Kardomateas, G. A., "Wrinkling of wide sandwich panels/beams with orthotropic phases by an elastic approach", J. Appl. Mech., 72(6), 818–825, 2005.
[16] Aydogdu M, "Buckling analysis of cross-ply laminated beams with general boundary conditions by Ritz method". Compos Sci Technol, 66: 1248e55, 2006.
[17] Aydogdu M. Thermal buckling analysis of cross-ply laminated composite beams with general boundary conditions. Compos Sci Technol, 67: 1096e104, 2007.
[18]. Moslemian R., Gilaki M. and Zabihpoor M., "Buckling and postbuckling behavior of composite Laminates with layer Delamination". 6th Iran Aerospace Society Conference, Aero2007(in Persian), 2007.
[19] Southward T., Mallinson G.D., Jayaraman K. and D.Horrigan, "Buckling of Disbonds in Honeycomb-Core Sandwich Beams", Journal of Sandwich Structures and Materials, Vol(10), Issue(3), pp 195-216, 2008.
[20] Emam S.A., Nayfeh A.H., "Postbuckling and free vibrations of composite beams". Compos Struct, 88:636e42, 2009.
[21] Gupta R.K, Gunda J.B., Janardhan G.R. and Rao G.V., "Post-buckling analysis of composite beams: simple and accurate closed form expressions". Compos Struct, 92:1947e56, 2010.
[22] Mohanan A., Pradeep K.R. and Narayanan K.P., "Performance Assesment of Sandwich Structures with Debonds and Dents", International Journal of Scientific and Engineering Research, Vol(4), Issue(5), pp 174-179, ISSN 2229-5518, 2013.
[23] Li Z.M., Qiao P., "Buckling and postbuckling behavior of shear deformable anisotropic laminated beams with initial geometric imperfections subjected to axial compression". Eng Struct., 85:277e92, 2015.
[24] Yue C., Xi Z., Zi-Xu Z., Hua-Dong L., "Experimental Studies of Composite Sandwich Columns with Face/Core Debond under Axial Compression, MATEC Web of Conference 95, 07026(2017), ICMME(2016).
[25] D’Ottavio M., Polit O., Ji W., Waas A.M., Benchmark solutions and assessment of variable kinematics models for global and local buckling of sandwich struts. Composite Structures, 156, 125-134, 2016
[26] Mitra N., Patra A.K., sigh S.P., Mondal S., Datta p.K., Varshney S.K., Interfacial delamination in glass-fiber/polymer-foam-core sandwich composites using singlemode–multimode–singlemode optical fiber sensors: Identification based on experimental investigation, Journal of Sandwich Structures and Materials, Article first published online: September 29, 2017 https://doi.org/10.1177/1099636217733983.
[27] Yue C., Xi Z., Zi-Xu Z., Hua-Dong L., "Numerical Studies on Buckling and Post-Buckling of Composite Sandwich Columns with Face/Core Debond under Axial Compression", Applied Mechanics and Materials, Vol. 863, pp. 299-304, 2017.
[28] Sayyad A.S., Ghugal Y.M., Bending, buckling and free vibration of laminated composite and sandwich beams: A critical review of literature. Composite Structures,171, 486-504, 2017.
[29] Yuan Z., Kardomateas G.A. Nonlinear Stability Analysis of Sandwich Wide Panels—Part II: Postbuckling Response, Journal of Applied Mechanics, Vol. 85(8), 2018.

]30[ ابوذر اباذری، بررسی پارامترهای موثر در فرکانس طبیعی ارتعاشات صفحه‌ای و خارج از صفحه‌ای تیر کامپوزیتی چند­لایه،
فصل­نامه علمی - پژوهشی دریا فنون، دوره 5، شماره 1- شماره پیاپی 11، صفحه­های101-90، بهار 1397.

]31[ سید مسعود سید قصیر، تحلیل سازهای تیرهای ساندویچی کامپوزیتی دارای رویه­های نامتقارن هیبریدی و هسته دارای آسیب با هدف پایش سلامت بدنه هواپیمای سبک، دانشگاه صنعتی­مالک­اشتر، پایان­نامه کارشناسی­ارشد، 1395.

[32] John V., Kumar Radhakrishna Reddiar R., A Simple Analytical Solution for Buckling of Metallic sandwich Shells, AIP Conference Proceedings, 213491), 050008, 2019.