بررسی تجربی و عددی تأثیر شکل دماغه نفوذکننده های استوانه ای در نفوذ به کامپوزیت پلیمری چندلایه

سازه¬هایی که در مواجهه با نفوذ، برخورد یا ضربه یک جسم دیگر قرار دارند، معمولاً از جنس فلز یا کامپوزیت ساخته می شوند. مزایای خاص کامپوزیت ها در مقایسه با فلزات، نظیر استحکام و سفتی ویژه بالا، مقاومت خستگی، مقاومت خوردگی و همچنین خواص ضربه¬ای ویژه بالا، آن ها را برای استفاده در بسیاری از کاربردهای مهندسی مانند اجزای سازه¬های خودروها، هواپیماها و کشتی¬ها مورد توجه فراوان قرار داده است. ولیکن سازه های کامپوزیتی (بخصوص کامپوزیت های چندلایه) در مقایسه با سازه های فلزی، نسبت به بارگذاری های ضربه ای خارج صفحه بسیار حساس هستند. از پارامترهای تأثیرگذار بر نحوه رفتار این سازه ها در مقابل برخورد، ضربه و یا نفوذ، شکل هندسی جسم ضربه زننده یا نفوذکننده است. این پارامتر نقش زیادی در تعیین مکانیزم گسیختگی و مقاومت المان¬های هدف در برابر نفوذ، ایفا می¬کند. در گذشته نفوذ بالستیک چندلایه های کامپوزیتی معمولاً با پرتابه های متداول (سه دماغه مرسومِ تخت، نیم کروی و مخروطی) و نفوذ شبه استاتیک نیز اغلب با یک یا دو نفوذکننده مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش ضمن اینکه از شش نفوذکننده با دماغه های مختلف برای بررسی فرآیند نفوذ سرعت بالا و شبه استاتیک در چندلایه کامپوزیتی شیشه (بافته شده)- اپوکسی استفاده شده است، جنبه های جدیدی از مشاهدات فرآیند نفوذ در این دو آزمایش مورد مطالعه و تحلیل قرار گرفته اند. هدف دیگر این پژوهش بررسی قابلیت تعمیم نتایج نفوذ شبه استاتیک به نفوذ بالستیک به منظور پیش بینی رفتار چندلایه کامپوزیتی تحت نفوذ پرتابه بوده است. این قابلیت، که در مطالعات گذشته تنها به آن اشاره شده است، در جنبه های مختلف نفوذ مانند مکانیزم گسیختگی، عملکرد بالستیکی، جذب انرژی و ... برای شکل دماغه های مختلف نفوذکننده، بررسی شده است. نهایتاً مدل عددی نفوذ بالستیک در چندلایه کامپوزیتی ساخته و با توجه به محدودیت های موجود، نتایج قابل قبولی از آن حاصل شد. عملکرد پرتابه ها در نفوذ سرعت بالا با منحنی بالستیک و عملکرد نفوذکننده ها در آزمایش شبه استاتیک با منحنی نیرو- جابجایی سنجیده می شود. بررسی نتایج این تحقیق نشان می دهد که آزمایش نفوذ شبه استاتیک دارای قابلیت بالایی برای پیش بینی فرآیند نفوذ بالستیک از جمله عملکرد پرتابه ها و مکانیزم های نفوذ است. در هر دو آزمایش، نفوذکننده های تیز و در رأس آن ها نفوذکننده اجیوال 5/2 بهترین عملکرد را ارائه می کنند. هرچه مکانیزم های جذب انرژی در چندلایه کامپوزیتی گسترده تر باشد، تأثیرات دینامیکی محسوس تر خواهند شد. تأثیر پارامترهای نفوذکننده بر جنبه های مختلف نفوذ مانند مراحل فرآیند نفوذ شبه استاتیک، مساحت لایه لایه شدگی هدف، نیروی تماسی، خیز چندلایه کامپوزیتی و ... به تفصیل مورد مطالعه قرار گرفتند. نهایتاً مدل عددی پیش بینی نسبتاً دقیقی از روند تغییر عملکرد نفوذکننده با تغییر شکل دماغه ارائه نمود.