مقاومت در برابر ضربه در ساختارهای هسته لانه زنبوری

در بسیاری از کاربردهای مهندسی،-بدنه‌های حمل‌ونقل، وسایل نقلیه ریلی، سازه‌های دریایی، محفظه‌های محافظ و ساختمان‌های مدولار-تأثیر یک رویداد استثنایی نیست. این یک بخش عادی از عمر سرویس است.

اثرات ناشی از:

لیفتراک و تجهیزات حمل و نقل

آوار و پاشش جاده

ابزار و فعالیت تعمیر و نگهداری

برخوردهای تصادفی در حین بارگیری

ضربه‌های میکرو-القای لرزش

بنابراین طراحی برای مقاومت در برابر ضربه مستلزم برخورد با ضربه به عنوان یک مورد بارگذاری حاکم است، نه به عنوان یک حادثه نادر.

ساختارهای هسته لانه زنبوری به طور فزاینده ای در این محیط ها استفاده می شوند زیرا وزن کم را با جذب انرژی قابل کنترل ترکیب می کنند. با این حال، رفتار تأثیرگذاری آنها تصادفی نیست. این نتیجه هندسه، رفتار مواد، تعامل چهره و هسته و طراحی رابط است.

مقاومت در برابر ضربه اغلب به عنوان "نشکستن در هنگام ضربه" اشتباه درک می شود. در مهندسی سازه، به طور دقیق تر به عنوان توانایی یک سازه در موارد زیر تعریف می شود:

جذب انرژی جنبشی

حداکثر نیروی تماس را محدود کنید

اندازه و انتشار آسیب را کنترل کنید

ظرفیت تحمل بار باقیمانده-را حفظ کنید

پانلی که از ضربه جان سالم به در می برد اما بیشتر سفتی خود را از دست می دهد، واقعاً در برابر ضربه مقاوم نیست. مقاومت ضربه موثر، تحمل آسیب را با عملکرد پس از ضربه متعادل می کند.

لانه زنبوری PP با پارچه نبافته-

Cell PP Honeycomb Core را باز کنید

هسته های لانه زنبوری انرژی را عمدتاً از طریق تغییر شکل تدریجی دیواره سلولی جذب می کنند.

زمانی که تحت تاثیر قرار می گیرد:

ورق صورت به صورت موضعی منحرف می شود

انتقال بار به هسته

دیواره های سلولی کمانش می شوند، تا می شوند یا خرد می شوند

انرژی از طریق تغییر شکل پلاستیک یا شکستگی کنترل شده تلف می شود

این فرآیند فروپاشی مرحله‌ای انرژی را در طول زمان و مسافت پخش می‌کند و نیروی اوج را کاهش می‌دهد.

مکانیسم‌های کلیدی{0}جذب انرژی عبارتند از:

خمش الاستیک دیواره سلولی در مراحل اولیه

کمانش پلاستیک تحت بارهای بالاتر

خرد شدن پیشرونده به جای فروپاشی ناگهانی

در مقایسه با هسته‌های جامد، ساختارهای لانه زنبوری به‌جای یک شکست فاجعه‌بار، چندین رویداد ریز{0}} را ایجاد می‌کنند.

هندسه هسته محرک اصلی مقاومت در برابر ضربه است.

پارامترهای مهم عبارتند از:

شکل سلول (شش ضلعی، مستطیلی، تقویت شده)

اندازه سلول

ضخامت دیوار

ارتفاع هسته

سلول های کوچکتر ارائه می دهند:

مسیرهای بار بیشتر

پشتیبانی بهتر از صورت

کاهش تورفتگی موضعی

سلول های بزرگتر:

جذب انرژی در سکته مغزی طولانی تر

اوج نیروی کمتر

مناطق آسیب محلی بزرگتر را در معرض خطر قرار دهید

کنترل ضخامت دیوار:

مقاومت در برابر کمانش

انرژی جذب شده در هر سلول

انتقال از رفتار الاستیک به پلاستیک

ارتفاع هسته بر میزان فاصله تغییر شکل موجود برای جذب انرژی ضربه تأثیر می گذارد.

طراحان هندسه را طوری تنظیم می کنند که با انرژی ضربه مورد انتظار مطابقت داشته باشد نه صرفاً به حداکثر رساندن قدرت.

فیس شیت اولین خط دفاعی است.

توابع آن عبارتند از:

توزیع نیروی تماس محلی

جلوگیری از نفوذ

کنترل شکل انحراف اولیه

رفتار ضربه به شدت به ویژگی های صفحه صورت بستگی دارد:

سفتی بالا بار را روی سلول های بیشتری پخش می کند

چقرمگی بالا در برابر ترک خوردن مقاومت می کند

ضخامت مناسب از سوراخ شدن موضعی جلوگیری می کند

ورق بیش از حد سفت و سخت می تواند نیروی پیک بالایی را به هسته منتقل کند و باعث شکست هسته شکننده شود. ورقه صورت خیلی نرم باعث فرورفتگی بیش از حد قبل از رسیدن انرژی به هسته می شود.

طراحی مقاوم در برابر ضربه{0}}سفتی صورت را با تغییر شکل هسته متعادل می کند.

مقاومت در برابر ضربه فقط یک ویژگی هسته یا ورق صفحه به تنهایی نیست. بستگی به نحوه تعامل آنها دارد.

جنبه های بحرانی عبارتند از:

استحکام پیوند بین صورت و هسته

قابلیت رابط برای انتقال برش در هنگام بارگذاری سریع

مقاومت در برابر جدا شدن تحت تنش دینامیکی

اگر رابط زودرس خراب شود، هسته نمی تواند به طور موثر در جذب انرژی شرکت کند. سپس پانل مانند یک صفحه نازک روی یک فضای خالی رفتار می کند که منجر به انحراف زیاد و استحکام باقی مانده کم می شود.

بنابراین، انتخاب چسب و آماده‌سازی سطح، تصمیم‌های مهمی- هستند.

حالت‌های شکست مرتبط{0}}تأثیر متداول عبارتند از:

ترک خوردن یا سوراخ شدن ورق صورت

خرد کردن هسته محلی

فروپاشی برشی هسته

جداسازی صورت-هسته

لایه لایه شدن در سطوح کامپوزیت

اینکه کدام حالت غالب است به این بستگی دارد:

انرژی ضربه و شکل ضربه گیر

هندسه هسته و مواد

سفتی و چقرمگی ورق صورت

کیفیت اتصال

هدف طراحی مهندسی ترویج خرد شدن تدریجی هسته به جای شکستگی صورت شکننده یا شکست رابط است.

رفتار ضربه بسته به سرعت بسیار متفاوت است.

تاثیر سرعت پایین-(ابزار، تجهیزات جابجایی، فعالیت انسانی):

تغییر شکل بزرگتر

زمان تماس طولانی تر

خرد کردن هسته بیشتر و خم شدن صورت

تأثیر-سرعت بالا(آوار، سنگ، پرتابه):

زمان تماس کوتاه

استرس موضعی بالاتر

خطر بیشتر نفوذ یا ترک خوردن صورت

ساختارهای لانه زنبوری به ویژه در رژیم‌های ضربه‌ای با سرعت کم- تا متوسط-، که در آن خرد کردن تدریجی می‌تواند به طور کامل توسعه یابد، مؤثر هستند.

مقاومت ضربه‌ای با سرعت بالا- اغلب به موارد زیر نیاز دارد:

ملحفه های صورت سفت شده

لایه های بیرونی سخت

طرح های هسته هیبریدی

هندسه بسیار مهم است، اما رفتار مادی نیز مهم است.

مواد اصلی رایج عبارتند از:

آلومینیوم

پلیمرهای ترموپلاستیک

کامپوزیت های ترموست

مواد مبتنی بر کاغذ-

هسته های ترموپلاستیک:

نمایش تغییر شکل شکل پذیر

جذب انرژی از طریق جریان پلاستیک

در برابر انتشار ترک مقاومت کنید

هسته های آلومینیومی:

سفتی اولیه بالایی را ارائه می دهد

جذب انرژی از طریق تا شدن

می تواند در دماهای پایین از رفتار شکننده رنج ببرد

هسته های مبتنی بر کاغذ-:

تحمل ضربه کم

از دست دادن سریع قدرت در هنگام آسیب یا خیس شدن

انتخاب مواد تعیین می کند که آیا جذب انرژی الاستیک، پلاستیکی یا شکننده است.

یکی از چالش های پانل های لانه زنبوری این است که آسیب ضربه ممکن است پنهان باشد.

فرورفتگی‌های کوچک روی سطح ممکن است با خرد شدن یا جدا شدن باند داخلی مهم مرتبط باشد. این امر به ویژه در ساختارهای ایمنی{1}}مرتبط بسیار مهم است.

استراتژی های طراحی و نگهداری عبارتند از:

ورقه های صورت که در هنگام آسیب دیدگی داخلی، فرورفتگی قابل مشاهده را نشان می دهند

روش‌های بازرسی غیر مخرب-

محدودیت های تحمل آسیب تعریف شده است

مقاومت در برابر ضربه نه تنها شامل بقای ضربه می شود، بلکه اجازه می دهد آسیب قبل از به خطر افتادن عملکرد سازه شناسایی شود.

یک پانل واقعاً مقاوم در برابر ضربه-استحکام قابل استفاده را پس از ضربه زدن حفظ می‌کند.

اقدامات کلیدی عبارتند از:

سفتی خمشی باقیمانده

مقاومت برشی باقیمانده

توانایی حمل بارهای طراحی

سازه های لانه زنبوری اغلب پس از آسیب موضعی ظرفیت بار قابل توجهی را حفظ می کنند زیرا:

آسیب موضعی است

سلول های آسیب دیده به حمل بار ادامه می دهند

فروپاشی پیشرونده رشد ترک را محدود می کند

معیارهای طراحی به طور فزاینده ای نه تنها انرژی ضربه برای زنده ماندن، بلکه حداقل استحکام باقی مانده پس از ضربه را نیز مشخص می کند.

مقاومت در برابر ضربه باید از طریق آزمایش تایید شود.

روش های رایج عبارتند از:

آزمایش‌های تأثیر{0}} کاهش وزن

تست ضربه ابزاری

آزمایش ضربه مکرر

ارسال{0}}آزمایش مکانیکی ضربه

تست ها در:

انرژی های مختلف

دماهای مختلف

سطوح مختلف رطوبت

از آنجایی که رفتار ضربه‌ای به هندسه و مواد حساس است، آزمایش معمولاً به‌جای عمومی-کاربرد خاص است.

صنایع مختلف مقاومت در برابر ضربه را متفاوت تعریف می کنند.

در بدنه های حمل و نقل:

مقاومت در برابر لیفتراک و ضربه پالت

حفظ سفتی کف

در حمل و نقل ریلی و عمومی:

مقاومت در برابر خرابکاری و آوار

ایمنی مسافر در سناریوهای برخورد

در سازه های دریایی:

مقاومت در برابر زباله های شناور

اتصال و رسیدگی به اثرات

در ساختمان های مدولار:

آسیب های حمل و نصب

اثرات خدمات بلند مدت-

ساختارهای هسته لانه زنبوری با تنظیم هندسه، متریال و طراحی صورت-هسته با هر سناریو سازگار می شوند.

هدف مهندسی ضربه مدرن "بدون آسیب" نیست. این هدف برای:

آسیب کنترل شده

حالت های شکست قابل پیش بینی

عملکرد ساختاری را حفظ کرد

بازرسی و تعمیر آسان

ساختارهای لانه زنبوری به خوبی برای این فلسفه مناسب هستند زیرا ماهیت سلولی آنها به طور طبیعی آسیب را محلی می کند.

آنها به جای انتقال انرژی ضربه ای از طریق کل سازه، یک منطقه کوچک را قربانی حفاظت از کل می کنند.

مقاومت در برابر ضربه در ساختارهای هسته لانه زنبوری یک پارامتر ماده واحد نیست. این یک ویژگی سیستمی است که از:

هندسه هسته

رفتار مواد اصلی

طراحی فیس ورق

عملکرد رابط

شرایط محیطی

تنها زمانی که این عناصر با هم طراحی شده باشند، یک ساختار لانه زنبوری می تواند عملکرد ضربه ای قابل اعتمادی را ارائه دهد.

در عمل مهندسی حرفه ای، مقاومت در برابر ضربه نه به عنوان یک ویژگی، بلکه به عنوان یک استراتژی طراحی که در کل سیستم پانل ساندویچ از هندسه تا اتصال و برنامه ریزی تعمیر و نگهداری تعبیه شده است، در نظر گرفته می شود.