خدمات

هیچ محصولی در سبد خرید نیست.

English

شبیه سازی ضربه سرعت بالا در مواد کامپوزیتی

مواد کامپوزیتی در صنعت هواپیمایی

شرکت هوایی گرومان (Grumman)، اولین شرکتی بود که در سال 1969 با موفقیت از مواد کامپوزیتی در صنعت هواپیمایی استفاده کرد. پایدارکننده های کامپوزیتی چندلایه بورون- اپوکسی که در این هواپیما ها مورد استفاده قرار گرفت، 15 درصد سبکتر و 18 درصد ارزان تر از نمونه های فلزی بودند.

این اقدام پیشگامانه در صنعت هواپیمایی موجب توجه سایر صنایع به این مواد شد. گرچه هنوز هم نگرانی هایی در مورد این مواد وجود دارد، که لازم است تحقیقات و آزمایشات بیشتری بر روی آن ها صورت گیرد. آزمایشاتی که بر روی این مواد صورت می گیرد عموما همان آزمایش هایی هستند که برای مواد فلزی استفاده می شود.

انواع حالات ضربه

از زمانی که کامپوزیت های پایه کربنی مورد استفاده قرار گرفتند، مهمترین خصلتی که باید می داشتند استحکام باقیمانده و مقاومت آن ها در برابر بار های ضربه ای (در کنار نسبت استحکام به وزن) بود. زیرا این مواد در ضمن ساخت و استفاده در معرض بارهای ضربه ای غیر قابل پیش بینی قرار می گیرند. معمولا ضربات وارد بر یک سازه به 4 دسته تقسیم می شود گرچه محدوده سرعتی که برای آن ها در نظر گرفته می شود تقریبی است. این دسته بندی به صورت زیر است:

1- ضربات با سرعت کم (تا 10 متر بر ثانیه)

2- ضربات با سرعت متوسط (10 تا 50 متر بر ثانیه)

3- ضربات با سرعت بالا (بالستیک) (50 تا 1000 متر بر ثانیه)

4- ضربات با سرعت بسیار بالا (2000 تا 5000 متر بر ثانیه)

از زمانی که هواپیماهای جنگی نسل چهارم توانستند به سرعت مافوق صوت دست پیدا کنند، مهمترین نگرانی طراحان ضربات وارد بر سازه در سرعت های بالا و تخریب های بوجود آمده در این سرعت ها بود.

شبیه سازی ضربه سرعت بالا در مواد کامپوزیتی در صنایع هواپیمایی بنوموسی اباکوس

پیچیدگی های فراوانی در ضربات با سرعت بالا وجود دارد. فشار زیاد، دمای بالا، کرنش های بزرگ و نرخ کرنش های بالا نمونه هایی از این پیچیدگی ها می باشند. همچنین مواد مورد استفاده در صنعت تنوع زیادی دارند که آزمایش فیزیکی برای هر یک کاری بسیار طاقت فرسا و پرهزینه است.

شبیه سازی ضربه سرعت بالا و پیش بینی آسیب به کمک نرم افزار

از این رو مهندسان و محققان به سمت طراحی برنامه های کامپیوتری رفتند. استفاده از برنامه های کامپیوتری بسیار آسان تر از آزمایش های فیزیکی است و تغییرات پارامتری در آن با سهولت بیشتری صورت می گیرد. به طور مثال در یک نرم افزار تحلیل مهندسی مثل اباکوس تغییر سرعت پرتابه بسیار ساده است در حالی که در آزمایشات فیزیکی این کار بسیار مشکل و در برخی موارد غیر ممکن است. با افزایش سرعت محاسبات و حجم انبوهی از نتایج امکان بهینه سازی سازه از منظر کاهش وزن یا صرفه اقتصادی با سرعت بیشتری صورت می گیرد.

چالش موجود در برنامه های کامپیوتری، رفتار محلی مواد در شبیه سازی ضربه سرعت بالا است. به طور مثال، یک جلیقه ضد گلوله که از کامپوزیت بافته شده (woven) ساخته شده است را در نظر بگیرد. مکانیزم های آسیب و جذب انرژی مختلفی در هنگام ضربه با سرعت بالا وجود دارد که شامل مکانیزم های تخریب محلی (local) و سرتاسری (global) می باشد:

  • تخریب کششی تار های اولیه
  • تغییر شکل تارهای ثانویه
  • تورق (لایه لایه شدن)
  • ترک ماتریس
  • اصطکاک ضمن سوراخ شدن نمونه هایی از این تخریب ها می باشند.

تحلیل ضربه با روش مولتی اسکیل

از طرف دیگر علت اصلی استحکام و آسیب مواد در مقیاسی است که شبیه سازی آن با استفاده از کامپیوترها بسیار مشکل می باشد. به طور مثال در کشتی ها و تانک های جنگی، زره هایی استفاده می شود که از چندین لایه آلومینیوم، لاستیک و فولاد تشکیل شده است. اخیرا محققان سعی در استفاده از مواد کامپوزیتی به عنوان تقویت کننده در این زره ها دارند. آنچه در این نوع سازه ها اهمیت دارد، رفتار لایه ها به صورت انفرادی و اثر اندرکنش بین لایه ها می باشد. به همین دلیل در سال های اخیر استفاده از روش مولتی اسکیل (multiscale) برای شبیه سازی آسیب در مواد کامپوزیتی طرفداران زیادی پیدا کرده است.

منبع: Simcenter

برای تحلیل ضربه و پیش بینی آسیب با ما تماس بگیرید.

شرکت مشاور شبیه سازی بنوموسی

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *