بررسی آزمایشگاهی و عددی رفتار خمشی تیرهای ساندویچی با رویه‌های فولادی و هسته الاستومری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، دانشکده عمران و محیط زیست، دانشگاه امیرکبیر، تهران، ایران

2 عضو هیأت‌علمی، کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی شهید باهنر شیراز، شیراز، ایران‎ ‎

چکیده

صفحات ساندویچی روزبه‌روز در حال تکامل بوده و مدل‌‏های جدید ساخته ‌شده نسبت به مدل‌‏های قبلی دارای مقاومت و باربری ‏بیشتری هستند و به دلیل نسبت استحکام به وزن و جذب انرژی زیاد، کاربرد وسیعی در صنایع مختلف از جمله هوافضا، صنایع دریایی و ‏پل‌سازی دارند. اما مشکلی که در بیشتر این نوع صفحات وجود دارد، خردشدن هسته در اثر اعمال بارگذاری و در نتیجه تخریب ‏تیر است. در تحقیق حاضر، کارکرد تحمل بار و مقاومت نهایی در نوع جدیدی از تیر‏های ساندویچی با رویه‌های فولادی و هستۀ ‏فوم‏ الاستومری مورد بررسی عددی و آزمایشگاهی قرار گرفته که استفاده از این نوع هسته در ‏تیر‏های ساندویچی در تحقیقات قبلی ‏گزارش نشده است.‏ فوم‌های الاستومری دارای مدول الاستیسیته کمتری هستند، اما در تغییرشکل‌های بزرگ رفتار برگشت‌پذیر دارند. از این‌رو در مورد سازه‌هایی از جمله پل که برای جذب انرژی بالا بکار می‌روند می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. در این مقاله، با ساخت پانل‌های ساندویچی، علاوه بر تعیین مشخصات مکانیکی مصالح، تأثیر اضافه کردن هستۀ الاستومری در مقدار تغییرشکل تیر ساندویچی و میزان جذب انرژی آن، مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین شبیه‌سازی ‏سازۀ ساندویچی و صفحات فولادی تحت بار خمش سه‌نقطه به کمک نرم‌افزار آباکوس انجام ‌شده است. بررسی‌های تجربی و مطالعات ‏پارامتریک انجام ‌شده نشان می‌دهند که بین نتایج عددی و تجربی، تطابق خوبی وجود دارد و می‌توان در تحقیقات آتی، در ابعاد بزرگ‌تر به عنوان عرشه پل مورد بررسی قرار گیرد. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental and Numerical Study of Bending Behavior of Sandwich Beams with Steel Surfaces and Elastomeric Core

نویسندگان [English]

  • Alireza Golshan 1
  • Mahmoudreza Golshan 2
1 Master of Science, Civil and Environmental Engineering Department, Amirkabir University of Technology, ‎Tehran, Iran‎
2 Instructor, Master of Science, Shahid Bahonar Technical and Engineering College, Shiraz, Iran ‎
چکیده [English]

Sandwich plate manufacturing technology is evolving day by day and it has led to the higher strength ‎and load-bearing capacity of new fabricated models in comparison to previous models. Due to ‎their high ratio of strength to weight and great energy absorption characteristic, they are widely used in various ‎industries including aerospace, marine, and bridge construction. However, the problem with most of these types of ‎plates is that the core crushes due to loading and thus leads to beam failure. In the present study, the load-bearing ‎capacity and ultimate strength of a novel type of sandwich beam with steel faces and elastomeric foam core are numerically and experimentally investigated. The use of this type of core in sandwich beams has not been ‎reported in previous research. Although elastomeric foams have a lower modulus of elasticity, they show reversible ‎behavior in large deformations, and therefore they can be used in structures such as bridges, where high absorption ‎of energy is expected. In this paper, by fabricating sandwich panels, in addition to determining the mechanical ‎properties of materials, the effect of adding elastomeric core on the deformation of the sandwich beam and its ‎energy absorption was studied; Furthermore, the simulation of sandwich structure and steel plates under three-point bending load was done with the help of Abacus software. Experimental and parametric studies showed ‎that ‎there ‎is good compliance between experimental investigations and numerical results. Thus, it can be considered ‎as a bridge deck in larger dimensions in future studies.  ‎

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sandwich structure
  • Three-point bending load
  • Elastomeric core
  • Steel surface
  • Bridge building

مراجع

  1. Carlsson, L.A. and Kardomateas, G.A., 2015, Structural and Failure ‎Mechanics of Sandwich Composites, Department of Mechanical ‎Engineering, USA.‎
  2. Manalo A, Aravinthan T, et al. State-of-the-art review on FRP sandwich systems for lightweight civil infrastructure. J Compos Constr 2016; 21: 04016068.
  3. Tuwair H, Drury J and Volz J. Testing and evaluation of full scale fiber-reinforced polymer bridge deck panels incorporating a polyurethane foam core. Eng Struct 2019; 184: 205–216.
  4. Murton, M. C. (1999). “Commercialization of FRP bridge decks: Lessons and challenges for Ohio’s project 100.” Proc. Int. SAMPE Symp. Exhibition, 46(I), 943–951.
  5. Chroscielewski J, Miskiewicz M, Pyrzowski Ł, et al. A novel sandwich footbridge – practical application of laminated composites in bridge design and in situ measurements of static response. Compos Part B-Eng 2017; 126: 153–161.
  6. Tagarielli V.L., F‎leck N.A., Deshpande V.S., 2004, “Collapse of‎ clamped and simply supported composite sandwich beams in three-point bending", Journal of composites: Part B, Vol. 35, PP. 523-534
  7. Triantfillou T.C., Gibson L.J., 1987, “Failure mode maps for foam core sandwich beams”, Materials Science and Engineering, Vol. 95, PP. 37-53.
  8. Corigliano A., Rizzi E., Pap E., 2000, “Experimental characterization and numerical simulation of a syntactic-foam/glass-fibre composite sandwich”, Composites Science and Technology, Vol. 60, PP. 2169-2180
  9. Mines R.A.W., Alias A., 2002, “Numberical simulation of the progressive collapse of polymer composite sandwich beams under static loading”, Composites: Part A, Vol. 33, PP.11-26
  10. Flores-Johnson E.A., Li Q.M., 2011, “Experimental study of sandwich panels with carbon fibre-reinforced polymer face sheets and polymeric foam core”, Composites: Part B Vol. 42, PP. 1212-1219.
  11. Hassan, T., Reis, M., 2003, INNOVATIVE 3-D FRP SANDWICH PANELS FOR BRIDGE DECKS, North Carolina State University, USA.
  12. Tuwair, H. and Volz, J., 2015, Testing and Evaluation of ‎Polyurethane-Based GFRP Sandwich Bridge Deck Panels with ‎Polyurethane Foam Core, Univ of Science and Technology, Missouri.‎
  13. Camata G., Shing P. B., 2010, “Static and fatique load performance of a gfrp honeycomb bridge deck”, Composites: partB, 41, PP. 299-307
  14. Siwowski TW, Kaleta D and Rajchel M. Structural behaviour of an all-composite road bridge. Compos Struct 2018; 192: 555–567.
  15. Ascione L, Gutierez E, Dimova S, et al. Prospect for new guidance in the design of FRP: support to the implementation, harmonization and further development of the Eurocodes. Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2016
  16. , VerronE.,2006,”Comparison of hyperelastic models fo rubber like materials”, Rubber Cgem Technol, Vol. 79,PP.835-858
  17. American Society for Testing and Materials – ‎ASTM Standard D638. Standard test ‎method for tensile Properties of plastics. West ‎Conshohocken: ASTM: 2010. Available from: ‎www.astm.org/Download-D638.pdf.Access in: ‎‎08/17.20114.‎
  18. American Society for Testing and Materials .ASTM Standard A370. Standard test method for tensile ‎Properties of Steel. ASTM: 2000.‎
  19. ASTM standard test method ‎for flexural properties of unreinforced and reinforced plastics and electrical insulating materials, ASTM: D790-07, 2007
  20. Zweben C. 1994. “Is teher a size ef‎f‎ect in composite materials and structures" Composites Vol.25, PP. 228-262.
  21. Triantfillou t.c., Gibson L.J., 1987, “Failure mode maps for foam core sandwich beams”, Materials Science and ‎Engineering, Vol. 95, PP.37-53‎
  22. Corigliano A., Rizzi E., Pap E., 2000, “Experimental characterization and numberical simulations of a syntactic-foam/glass-fibre composite sandwich”, Composites Science and Technology, Vol. 60,PP. 2169-2180
  23. Mines R.A.W., Alias A., 2002, “Numerical simulation of the progressive collapse of polymer composite sandwich beams under static loading”, Composites: Part A, Vol. 33, PP. 11-26
  24. (2011b). “ASTM standard test method ‎for flexural properties of Sandwich constructions ‎‎.” C393/C393M-‎‎11el, West Conshhocken, PA.‎
  25. Lim T.S., Lee C.S. and Lee D.G., 2004, “Failure Modes of Foam Core Sandwich beams under static and Impact loads”, Journal of Composite Materials, Vol 38, PP. 1639-1662.
  26. Sokolinsky V.S., Shen H., Vaikhanski L., Nutt R.S., 2003, “Experimential and analytical study of noniliner bending response of sandwich beams”, Composite Sructures, Vol. 60, PP. 224
  27. Caprino G., Durante M., Leone C., Lopresto V., 2015, “The effect of shear on the local indentaition and failure of sandwich beams with polymeric foam core loades in flexure”, Composites: Part B, Vol.71, 45-51.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 53، شماره 11
بهمن 1400
صفحه 4743-4766

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار