허니컴 샌드위치 패널에서 충격 손상 추정

복합 재료 샌드위치 구조는 항공기 플랩의 후방 가장자리 웨지와 같은 구성 요소에서 항공 우주 응용 프로그램에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 그러나 샌드위치 구조는 일반적으로 충격 손상을 저항하는 데 취약합니다. 오클랜드 대학교의 중합체 및 복합 재료 연구 센터는 LUSAS Composite를 사용하여 다양한 충격 하중 하에서 샌드위치 패널의 코어 손상을 시뮬레이션할 수 있는 손상 재료 모델을 개발했습니다.

부드러운 물체 실험에서, 물로 채워진 고무 막이 충격 투사체로 사용되었습니다. 이를 모델링하기 위해 낮은 영률과 0.5에 가까운 퍼뉴안 비율을 가진 등방성 탄성 재료가 정의되어 일정한 체적 변형이 가능하도록 하였습니다. 패널 경계의 클램프는 LUSAS 모델 내에서 적절한 지지대로 나타났습니다. 슬라이딩 라인이 충격체와 샌드위치 간의 접촉을 자동으로 처리하고 샌드위치 모델의 구성 요소를 결속지었습니다. 총 35,706개의 시간 증가가 6.44ms의 전체 경과 시간 동안 충격 사건을 모델링하였습니다. 부드러운 체재 충격 시, 투사체는 샌드위치 표면을 따라 변형되어 넓은 평면 결함이 발생하고 샌드위치에 남게 됩니다. LUSAS에서 예측한 손상의 지름 및 내부 코어 손상의 깊이는 실험 결과와 매우 잘 일치했습니다. LUSAS를 사용하여 손상 윤곽을 플로팅함으로써 샌드위치 코어에서 허니컴이 파괴되는 범위를 쉽게 파악할 수 있었습니다. 부드러운 충격의 AVI 파일 다운로드 (1.5Mb)

전반적으로, 손상 재료 모델을 사용한 부드러운 충격 해석은 손상의 지름 및 코어 파괴 깊이 측면에서 실험 결과와 좋은 상관관계를 보여주었습니다. 손상 모델을 사용하여 계산된 영구 변형은 실험 패널의 약 두 배로 나타났습니다. 시간 의존적인 회복 및 패널 단면을 섹션 처리하여 측정할 수 있는 이유일 수 있습니다. 그러나 LUSAS 모델은 충격 정점에서 패널의 최대 변형값을 제공합니다.

같은 손상 재료 모델을 사용한 강체 충격 연구에서는 샌드위치 표면에 수직으로 15.3m/s의 속도로 충돌하는 투사체를 해석하였으며, 2.4ms의 전체 경과 시간 동안 28,000개의 시간 증가로 분석되었습니다. 코어 파괴의 범위는 동반된 도표의 화살표로 나타나며, 코어 손상의 왼쪽 경계는 동그라미로 표시된 영역입니다.

이 LUSAS 해석 결과는 내부 코어 손상의 지름을 과소 추정하는 것으로 나타났습니다. 이러한 과소 추정은 모델이 현재 실험적인 경우에서 발생하는 결함 경계의 얇은 층에서 저수준 코어 손상을 충분히 계산하지 못하기 때문입니다. 하부 수치 추정의 일부는 연속체에서의 손상 형성과 셀 구조에서의 손상 형성 차이로 설명될 수 있으며, 후자는 손상의 크기가 3mm 점프를 나타냅니다. 이 경우 손상은 약 3개의 셀 지름만큼 과소 평가됩니다. 이 사례 연구에 대한 자세한 정보