فهرست مطالب

مکانیک هوافضا - سال دهم شماره 4 (پیاپی 38، زمستان 1393)

فصلنامه مکانیک هوافضا
سال دهم شماره 4 (پیاپی 38، زمستان 1393)

  • رفتار مکانیکی مواد و سازه ها
  • 96 صفحه، بهای روی جلد: 100,000ريال
  • تاریخ انتشار: 1393/11/21
  • تعداد عناوین: 8
|
  • رحمت الله قاجار، کرامت ملک زاده فرد، محسن غلامی صفحه 1
    در این مقاله به تحلیل دینامیکی پوسته های کامپوزیتی دوانحنایی تحت ضربه سرعت پایین به روش تحلیلی پرداخته می شود. معادلات حرکت براساس تئوری برشی مرتبه اول (FSDT) برای شرایط مرزی ساده استخراج می گردد. تاریخچه نیروی تماسی از دو مدل جرم و فنر بهبودیافته و مدل کامل با استفاده از قانون غیرخطی تماس هرتز پیش بینی و با هم مقایسه می شوند. با درنظر گرفتن مولفه های جابه جایی به صورت سری فوریه دو گانه، معادلات حرکت پوسته و ضربه زننده به صورت کوپل با کدنویسی در نرم افزار Matlab با استفاده از روش گالرکین حل و پاسخ دینامیکی محاسبه می شود. در این مطالعه، اثر پارامتر های هندسی پوسته مانند تغییرات انحنا، نسبت طول انحناها، زاویه الیاف، تغییر جرم و سرعت ضربه زننده در یک سطح ثابت از انرژی ضربه زننده روی پاسخ ضربه از هر دو مدل تعیین و مقایسه می شوند.
    کلیدواژگان: ضربه کم سرعت، پوسته کامپوزیتی دو انحنایی، مدل جرم و فنر، مدل کامل، قانون تماسی هرتز
  • علی امینی، ناصر سلطانی صفحه 13
    در تحقیق حاضر، فنی کاربردی و مناسب جهت به دست آوردن ضریب شدت تنش مود بازشوندگی در نمونه های کششی دارای شیار V شکل پلیمری، به کمک روش موری سایه ای با جابه جایی فاز فیزیکی ارائه شده است. در این مطالعه، ابتدا معادلات حاکم بر روش موری سایه ای و مکانیک شکست خطی استخراج و به هم ارتباط داده شده است. سپس با استفاده از چیدمان موری سایه ای با جابه جایی فاز فیزیکی، چهار تصویر هاله ای از نمونه تحت بار ثبت شده است. با استفاده از فنون پردازش تصویر الگوی فازی، هاله های به دست آمده استخراج شده و با تحلیل میدان فازی، اطلاعات مورد نیاز برای محاسبه ضریب شدت تنش مود بازشوندگی شیار حاصل شده است. در نهایت، با مقایسه ضرایب شدت تنش به دست آمده از روش موری سایه ای و روش عددی المان محدود، مطابقت خوبی مشاهده شده است.
    کلیدواژگان: موری سایه ای، جا به جایی فاز، شیار V شکل، ضریب شدت تنش
  • مهدی نصرالله زاده، اسماعیل لآلی، جعفر روشنی یان، رضا ابراهیمی صفحه 23
    در مقاله حاضر به مطالعه رفتاری، طراحی، تحلیل و بهینه سازی پرتابه حامل یک بار هدف، از زمان بارگذاری در لوله پرتابگر تا زمان خروج آن از دهانه پرداخته شده که برای انجام آن، ابتدا به تحلیل بالستیکی پرتابه درون لوله پرتابگر پرداخته شده و نمودارهای فشار- زمان، سرعت دهانه و بیشترین شتاب وارده بر پرتابه به دست آورده شده است (سرعت دهانه پارامتر مورد نیاز به عنوان ورودی در بخش مسیر است). سپس به تحلیل تنش سازه پرتابه در داخل لوله پرتابگر بر مبنای بیشترین شتاب وارده بر آن، به دست آمده از بخش بالستیک داخلی پرداخته شده و کمترین ضخامت پوسته، به طوری که سازه پرتابه بر مبنای معیار موردنظر دچار شکست نگردد، به دست آورده شده است. در مرحله بعد، تعامل مناسبی بین مراحل اول و دوم ایجاد و سیکل طراحی برای یک بار بسته شده است. در نهایت نیز با بهینه سازی سیکل طراحی بسته شده بر اساس کمینه-سازی وزن سازه پرتابه با دو روش گام به گام و الگوریتم ژنتیک، وزن مناسب مجموعه پرتابه به همراه بار هدف درون آن، برای یک بار هدف مشخص با وزن معلوم به دست آورده شده است.
    کلیدواژگان: بالستیک داخلی، تحلیل سازه ای، حل عددی، بهینه سازی چند موضوعی، الگوریتم ژنتیک
  • جعفر روشنی یان، حسین دارابی، هادی زارع صفحه 33
    هدف مقاله حاضر، طراحی مفهومی یک حامل انسان دومرحله ای با بوسترهای جانبی می باشد. به همین منظور، ابتدا برای دست یابی به یک نقطه طراحی، از فن طراحی آماری استفاده نموده و سپس با استفاده از شبیه سازی دو درجه آزادی و انجام محاسبات جرمی- انرژیتیک نسبت به صحه گذاری فرآیند طراحی آماری، اقدام شده است. در ادامه به منظور بهینه سازی طراحی مفهومی اولیه، از رویکرد بهینه سازی طراحی چندموضوعی استفاده شده است. ساختار درنظر گرفته شده برای طراحی بهینه چند موضوعی، همه در یک مرحله و الگوریتم بهینه ساز به کار رفته، الگوریتم ژنتیک می باشد. به منظور دست یابی به دقت بیشتر، از روش سیمپلکس با به کارگیری نتایج حاصل از الگوریتم ژنتیک به عنوان الگوریتم ترکیبی استفاده شده است. با انجام فرآیند بهینه سازی، در نهایت به کاهش جرمی حدود 4 تن از وزن استارتی موشک نسبت به نتایج شبیه سازی معمولی دست یافته و همان طور که مشخص است کاهش در جرم استارتی عامل اصلی کاهش هزینه تولید و پرتاب سامانه های فضایی خواهد بود.
    کلیدواژگان: طراحی حامل انسان، طراحی مفهومی، طراحی آماری، بهینه سازی طراحی چند موضوعی، الگوریتم ژنتیک، روش سیمپلکس
  • حمیدرضا زارعی، علیرضا داودی نیک، علیرضا دل آرا صفحه 45
    در مقاله حاضر با استفاده از آزمایش های تجربی، برخورد بالستیک پرتابه ها به اهداف چند لایه فلز- الیاف مورد بررسی قرارمی گیرد. به این منظور صفحات مرکب از جنس شیشه/ اپوکسی و چندلایه فلز- الیاف متشکل از لایه های نازک آلومینیوم و شیشه/ اپوکسی که در اصطلاح گلار نامیده می شوند، با ضخامت های مختلف به روش لایه گذاری دستی ساخته شده است. سپس صفحات ساخته شده، مورد آزمایش نفوذ بالستیک با سرعت پرتابه برابر با 720 متر بر ثانیه قرار گرفتند. به منظور برآورد انرژی جذب شده در صفحات، از صفحات شاهد فولادی به ضخامت 10 میلی متر در پشت صفحات چندلایه فلز- الیاف استفاده شده است و سپس از میزان برآمدگی بوجود آمده در صفحات فولادی، با استفاده از یک روش تجربی-تحلیلی میزان انرژی جذب شده در صفحات چند لایه فلز- الیاف برآورد شده است. همچنین انرژی جذب شده در صفحات چندلایه فلز- الیاف و صفحات شیشه/ اپوکسی با ضخامت برابر مقایسه شده است. نتایج نشانگر این است که صفحات چندلایه فلز- الیاف دارای قابلیت جذب انرژی بالاتری نسبت به صفحات شیشه/ اپوکسی با ضخامت برابر می باشد. در نهایت با استفاده از نتایج آزمایش های تجربی یک روش تحلیلی به منظور برآورد انرژی مورد نیاز برای نفوذ پرتابه در اهداف گلار بسط داده شده است.
    کلیدواژگان: ضربه بالستیک، گلار، جذب انرژی
  • فرهاد حاجی ابوطالبی، ارسلان سلیمی صفحه 63
    یکی از معیارهای ساده برای تخمین میزان شکل پذیری ورق های فلزی، استفاده از نمودار حد شکل دهی (FLD) است. تعیین میزان دقت و محدوده پیش بینی مناسب این معیار، از مهم ترین چالش های محققین و مهندسین می باشد. در تحقیق حاضر، ابتدا با استفاده از نمودار حد شکل دهی برای فولاد St14، تعدادی از آزمایش های عملی مانند کشش نمونه های استاندارد، شیاردار و شکاف دار، فرآیندهای هیدروفرمینگ لوله و کشش عمیق شبیه سازی شده، امکان وقوع ترک و گسیختگی در آنها پیش بینی می گردد. سپس، به منظور ارزیابی معیار آسیب نمودار حد شکل دهی، آزمایش-های فوق به صورت تجربی نیز انجام شده و نتایج عملی حاصل می گردد. در نهایت، با مقایسه نتایج شبیه سازی های عددی و مشاهدات تجربی، میزان دقت و محدوده مناسب برای پیش بینی شکست ورق های فلزی توسط نمودار حد شکل دهی FLD آشکار می شود
    کلیدواژگان: نمودار حد شکل دهی (FLD)، آسیب، پیش بینی شروع ترک و گسیختگی
  • مصطفی علیزاده، خداداد واحدی صفحه 75
    زره های سرامیک- فلز یک نوع از زره های مرکب بوده که خصوصیات مورد نیاز برای کارآیی بهتر یک زره را تامین می نماید. بررسی دقیق پدیده نفوذ در اهداف سرامیک- فلز به علت ساختار متفاوت سرامیک و فلز بسیار پیچیده و دشوار است و از آنجایی که سرامیک ها مواد تردی بوده، سازوکار شکست در آنها نسبت به فلزها متفاوت و پیچیده تر می باشد. در اثر برخورد پرتابه به سرامیک، یک ترک مخروطی در ضخامت سرامیک گسترش می یابد که داشتن رابطه مناسب برای پیش بینی زاویه این ترک مخروطی در تحلیل روابط نفوذ در اهداف سرامیک- فلز به ویژه در پاسخ لایه پشتیبان (صفحه فلزی) به ضربه بسیار تاثیرگذار است. زاویه گسترش این ترک مخروطی به عوامل- متعددی از جمله جنس سرامیک، سرعت برخورد، نوع پرتابه و غیره بستگی خواهد داشت. با توجه به آزمایش های گوناگون در پارامترهای یاد شده سرعت برخورد بیشترین اهمیت را دارا می باشد. در مقاله حاضر، اثر سرعت پرتابه با دماغه مخروطی بر زاویه تشکیل این مخروط به صورت تجربی بررسی شده و یک رابطه برحسب سرعت برای نیم زاویه مخروطی ارائه شده است. در انتها، با توجه به رابطه به-دست آمده برای نیم زاویه مخروط سرامیکی، مدل تحلیلی فلورانس بهینه شده است.
    کلیدواژگان: نفوذ، ذره سرامیکی، ترک مخروطی، پرتابه مخروطی
  • سید سجاد جعفری، سعید فعلی * صفحه 87

    هدف مقاله حاضر، ارائه روش تحلیلی جدیدی برای محاسبه میزان جذب انرژی ورق های ساندویچی آلومینیوم- هانی کمب تحت اثر ضربه سرعت بالا می باشد. منظور از ضربه سرعت بالا، ضربه ای است که در آن پرتابه با سرعت اولیه به طور کامل در هدف نفوذ و آن را کاملا سوراخ می کند و با سرعت باقیمانده از هدف خارج می شود. ورق های ساندویچی آلومینیوم- هانی کمب دارای هسته هانی کمب شش ضلعی می باشد که بین دو صفحه فلزی آلومینیومی، محصور شده است. ضربه زننده به صورت استوانه ای سر تخت در نظر گرفته شده است. در مدل تحلیلی فرض شده است که لایه های فلزی بر اثر تنش ایجاد شده در سطح مشترک برخورد، دچار واماندگی شوند. همچنین جذب انرژی هانی کمب نیز به کمک مدل ویرزبیکی محاسبه می گردد. جذب انرژی توسط ورق های ساندویچی آلومینیوم- هانی کمب محاسبه و با استفاده از موازنه انرژی، سرعت حد بالستیک و سرعت باقیمانده پرتابه محاسبه شده است. مقادیر سرعت حد بالستیک و سرعت باقیمانده محاسبه شده با روش تحلیلی هم خوانی مناسبی با مقادیر تجربی دارد. همچنین اثرات جرم و قطر پرتابه و اندازه سلول هانی کمب در میزان جذب انرژی ساندویچ پانل بررسی شده است.

    کلیدواژگان: پرتابه، ورق ساندویچی، هانی کمب، آلومینیوم، سوراخ شدن
|
  • Rahmatollah Ghajar, Keramat Malekzadeh, Mohsen Gholami Page 1
    In this paper, dynamic analysis of doubly curved composite shells under low velocity impact is studied analytically. The governing equations based on the first-order deformation theory (FSDT) are derived for simply supported boundary conditions. The contact force history is predicted using two models of complete and improved spring-mass. Considering the displacement components as the doubly Fourier series, equations of motion shell and impactor are solved analytically. By writing code in Matlab softwar, using Galerkin method, the dynamic response of shell is obtained.0 In this investigation, the effect of geometrical parameters, such as curvature changes, aspect ratio (curvature length ratio), fiber orientation, mass and velocity of impactor, with constant impact energy, on the impact response of shell is determined by two models.
    Keywords: Low Velocity Impact, Double Curved Composite Shell, Spring, Mass Model, Complete Model, Hertz Contact Law
  • Dr Nasser Soltani, Mr Ali Amini Page 13
    A convenient, experimental technique for evaluation of V-notch mode I stress intensity factor using the method of phase shifting shadow moiré is described and demonstrated. In this study, the governing equations that relate the elastic solution and phase shifting shadow moiré for mode I V-notch tip are derived in terms of material constants and the stress intensity factors. Then, a set of phase shifting shadow moiré experiments were conducted on a polymeric tensile specimen and fringe patterns were captured. Through utilization of image processing techniques, phase map of fringe patterns was extracted and by analyzing the phase map, required data for determination of stress intensity factors were obtained. The obtained stress intensity factors by using phase shifting shadow moiré method, demonstrates a good agreement with the FEM analysis of specimen.
    Keywords: Shadow Moiré, Phase Shifting, V, Notch, Stress Intensity Factor
  • Engineer Mahdi Nasrollahzadeh, Engineer Esmaeel Laali, Proffesor Jafar Roshanian, Proffesor Reza Ebrahimi Page 23
    In this article, it is attempted to present a study of the design, analysis and optimization of a projectile carrying a payload from the moment of loading until final release. Thus the study consists of the following: First of all, the ballistics of the projectile must be solved and then diagrams of pressure-time and speed of the barrel and the maximum accelaration exerted on the projectile must be considered. The barrel speed is the required parameter in the trajectory section and to analyze the structural section the maximum accelaration is considered. Next, the structure of the projectile in the shell is considered in terms of stress based on the maximum speed gained from the internal ballistics. Also, the minimum thickness of the shell is assessed considering that the structure of the projectile should not fail. In the next step it is attempted to strike a relative balance between the first two sections and finish the design cycle. Finally, the optimization of the design cycle in terms of the weight and thickness of the projectile is considered.
    Keywords: Interior Ballistic, Structural Analysis, Multidisciplinary Design Optimization
  • Jafar Roshanian, Hossein Darabi, Hadi Zare Page 33
    The purpose of this article is the conceptual design of a two-stage crew launch vehicle with side boosters. At first, in order to achieve a suitable design point, the statistical design technique is used, and then statistical design process is validated by using two degree of freedom simulation and doing energetic-mass calculations. Then, multidisciplinary design optimization approach is applied for initial conceptual design optimization. The preferred structure for multidisciplinary design optimization is all-at-once and Genetic Algorithm (GA) is used as the optimizer algorithm. In order to achieve more accuracy, Simplex method is employed using GA’s results as a combined algorithm. Having performed the optimization process, a mass decrease of about 4 tons from missile gross weight was attained with respect to normal simulation results, and as already known, the decrease in gross mass undeniably leads to a consequent decrease in the cost of producing and launching missiles.
    Keywords: Manned Launch Vehicle Design, Conceptual Design, Statistical Design, Multidisciplinary Design Optimization, Genetic Algorithm, Simplex Method
  • Dr. Hamidreza Zarei, Eng. Alireza Delara, Dr. Alireza Davoodinik Page 45
    In the present paper the penetration mechanism of the projectile in the fiber metal laminates are investigated experimentally. Glass/epoxy composite laminates and fiber metal laminates made from thin aluminum sheets and glass/epoxy composite in different thicknesses were fabricated with the use of hand layup method. Ballistic test were conducted on plates with the projectile velocity of 720 m/s. Steel plates were placed behind the composite and glare plates to measure the energy absorption capacity of them. With the use of an analytical- experimental method and measuring the deformation of the steel back plate after impact, the absorbed energy in composite and glare plates were determined. The energy absorption capacity of the composite and glare plates were compared. The results showed that in the same plate thicknesses, the energy absorption capacity of the glare plates are higher than composite plates. Finally with the help of experimental results an analytical method to estimate the required energy for penetration of the projectile into glare plates were developed.
    Keywords: Ballistic impact, Glare, Absorbed energy
  • Farhad Haji Aboutalebi Page 63
    One of the simple criteria for estimating the formability of sheet metals is use of forming limit diagram (FLD). Determining the amount of accuracy and the range of proper prediction of this criterion is one of the most important challenges of researchers and engineers. In the present research first, employing the forming limit diagram of St14 steel, number of practical experiments such as tensile test of standard, notched, and opened specimens, tube hydroforming and deep drawing processes are simulated, and possibility of crack initiation and fracture in them are predicted. Then, to evaluate the forming limit diagram damage criterion, the above experiments are also practically performed and the practical results are achieved. Finally, comparing the results of numerical simulations and empirical observations, the amount of accuracy and proper range for fracture prediction of sheet metals by the FLD damage criterion is revealed.
    Keywords: Forming Limit Diagram (FLD), Damage, Prediction of Crack Initiation, Fracture
  • Mostafa Alizadeh, Khodadad Vahedi Page 75
    In this paper, development af a new analytical model for expressing the penetration of conical projectiles into fiber metal laminates is presented. For this purpose, the Paul&Zaid theory i.e. an analytical model for calculating the residual velocity of projectile after perforation of metal and Wen theory i.e. an analytical model for calculating the residual velocity and ballistic limit of laminate of composite in impact, are combined. Then the result of this new analytical model is compared with numerical results and a good correlation has been observed, comparing the analytical model presented in this paper to the numerical results.
    Keywords: Penetration, Composite Armor, Conoid Angle, Conical Projectile
  • Mr Seyed Sajad Jafari, Dr Saeid Feli Page 87

    In this paper, a new analytical model has been presented for energy absorption of aluminum-honeycomb sandwich panels under high velocity impact. In high velocity impact, striker with initial velocity penetrates into target and perforates it completely and exits by residual velocity. The panels consist of hexagonal honeycomb core sandwiched between two aluminum skins. In analytical model cylindrical projectile with flat ended have been considered. It is supposed that aluminum skins failure by mean resistive pressure. Energy absorption of honeycomb has been determined by wierzbicki model. Energy balancing equation has been employed for determination the ballistic limit and residual velocity of striker. The results of ballistic limit and residual velocity of striker computed by new model have good agreement with experimental results. Also the effects of projectile mass and diameter and cell diameter of honeycomb in energy absorption of sandwich panel has been investigated.

    Keywords: Striker, Sandwich Panel, Honeycomb, Aluminum, Perforation