بررسی رفتار الیاف کربن و کولار در استوانه‌ی کامپوزیتی تحت ضربه سرعت پایین: تحلیل تجربی و عددی

نسبت استحکام به وزن بالا در کامپوزیت‌های زمینه پلیمری تقویت شده با الیاف سبب شده است که در بسیاری از سازه‌ها و قطعات مورد توجه واقع شود. در این مقاله به تحلیل تجربی و عددی چهار استوانه کامپوزیتی تحت ضربه با سرعت پایین پرداخته شده است. ساختار این لوله‌ها به صورت فقط کربن، فقط کولار، کولار- خارج/ کربن- داخل و کربن- خارج/ کولار- داخل می‌باشد. در تست آزمایشگاهی از دستگاه ضربه‌ی سقوط آزاد با یک ضربه زننده کروی فولادی جهت اعمال ضربه بدون سرعت اولیه به نمونه‌ها استفاده شده است. در بخش عددی جهت بررسی رفتار ضربه از روش مدلسازی اجزاء محدود در نرم‌افزار آباکوس استفاده شده است. در پژوهش حاضر انواع روش‌های مدلسازی‌، فرایند مش‌بندی و انوع المان‌ها مانند پوسته معمولی، پوسته پیوسته و المان‌های جامد در نرم افزار مورد بحث قرار گرفته‌ است. همچنین ضربه زننده همانند یک قطعه صلب و استوانه‌های کامپوزیتی به صورت المان پوسته معمولی مدل‌سازی شده است. در تحقیق حاضر نیروی تماس، مدت زمان تماس و جابجایی نمونه‌ها مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نتایج می‌توان دید که الیاف کولار قابلیت جذب انرژی بیشتری را نسبت به الیاف کربن داشته و استوانه فقط کربنی بیشترین نیروی تماسی و کمترین جابجایی را در مقایسه با سایر نمونه‌ها دارد. برای صحت‌سنجی، نتایج تجربی با نتایج به دست آمده در آباکوس مطابقت داده شده است که تطابق بسیار نزدیکی بین دو نتیجه وجود دارد.