مدل سازی تحلیلی و عددی پرتابه های فرسایشی در اهداف تقویت شده بتنی به الیاف فولادی

Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering

مهدی هدایتیان ¹ , خداداد وواحدی ²

1 - دانشجوی دکترای مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اراک، اراک
2 - دانشیار مهندسی مکانیک، دانشگاه امام حسین، تهران

Received: 2015-10-10 Accepted : 2017-02-26 Published : 2016-07-22

Keywords: نفوذ, پرتابه های فرسایشی, بتن تقویت شده, الیاف فولادی, مقاومت ضربه ای,

Abstract :

    در این مقاله به ارائه یک مدل تحلیلی فرآیند نفوذ پرتابه های فرسایشی در بتن تقویت شده به الیاف فولادی پرداخته شده است. نوآوری مدل تحلیلی ارائه شده در آن است که تاثیر طول به قطر الیاف فولادی و نسبت طول به قطر پرتابه و همچنین درصد حجمی الیاف استفاده شده در ماتریس بتن بر روی مقاومت ضربه ای بتن الیافی در سرعت های بالا مورد توجه قرار گرفته است.در شبیه سازی عددی از کد صریح و غیر خطی ال اس داینا استفاده شده است. پرتابه ها با سرعت 2500 متر بر ثانیه با جرم تقریبی 45 گرم و با سر نفوذگر نیم کروی، تخت و اجایو در بتن مسلح به الیاف فولادی با درصد های حجمی 1، 5/1 و 2 درصد نفوذ میکنند. پس از صحت سنجی مدل تحلیلی نفوذ با فرآیند شبیه سازی و کار آزمایشگاهی، نتایج نشان میدهد که پرتابه های با سر نفوذگر اجایو که فاکتور تیزی سر پرتابه پایینی دارد با سرعت باقیمانده بیشتری از اهداف خارج میشود و کارآیی آنها در نفوذ بهتر میباشد. به عبارت دیگر با افزایش نسبت طول به قطر پرتابه از 5/0 به 9/0، برای پرتابه هایی به ترتیب به شکل تخت، نیم کروی و اجایو، سرعت باقی مانده افزایش می یابد. همچنین با افزایش درصد حجمی الیاف فولادی در ماتریس بتن میزان تخریب سطح ناحیه رویی و زیرین بتن الیافی کاهش مییابد. مدل تحلیلی ارائه شده در فرآیند تغییرات سرعت پرتابه در حین نفوذ داخل بتن تقویت شده به الیاف فولادی از دستاوردهای مهم این تحقیق محسوب میشود.

References:

[1] Jianhua W., Jun L., Haiping Y., The study on steel Fiber reinforced concrete under dynamic compression by damage mechanics method, Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 6, 2014, pp. 1759-1767.

[2] Miamoto A., Nakamura H., Visualization of impact failure behavior for RC slab, Proceedings of 3rd International Conference on Concrete under Severe Condition, UBC, 2001.

[3] Gao J., Sun W., Morino K., Mechanical properties of steel fiber-reinforced, high-strength, lightweight concrete, Cement and Concrete Composites, 19, 1997, pp. 307–313.

[4] Shahid I., Ahsan A., Holschemacher K., Thomas A., Mechanical properties of steel fiber reinforced high strength lightweight self-compacting concrete (SHLSCC), Construction and Building Materials. 98, 2015, pp. 325–333.

[5] P.S. Song, S. Hwang, Mechanical properties of high-strength steel fiber-reinforced concrete, Construction and Building Materials. 18, 2004, pp. 669–673.

[6] Farnam Y., Experimental and simulation study of the impact of high strength fibrous concrete panels, PhD Thesis, Tehran University, Tehran, 2010. (In Persian)

[7] Tokgoz S., Dundar C., Tanrikulu A.K., Experimental behavior of steel fiber high strength reinforced concrete and composite columns, Journal of Constructional Steel Research. 74, 2012, pp. 98-107.

[8] Murali G., Santhi A. S., Mohan Ganesh G., Empirical Relationship between the Impact Energy and Compressive Strength for Fiber Reinforced Concrete, Journal of Scientific & Industrial Research, 73, 2014, pp. 469-473.

[9] Zhang X.X., Abd Elazim A.M., Ruiz G., Yu R.C., Fracture behavior of steel Fibre-reinforced concrete at a wide range of loading rates, International Journal of Impact Engineering, 71, 2014, pp. 89-96.

[10] Sovják R., Vavřiník T., Máca P., Zatloukal J., Konvalinka P., Experimental Investigation of Ultra-high Performance Fiber Reinforced Concrete Slabs Subjected to Deformable Projectile Impact, Procedia Engineering, 65, 2013, pp. 120–125.

[11] Luo X., Sun W., Chan Y.N., Characteristics of high-performance steel fiber-reinforced concrete subject to high velocity impact, Cement and Concrete Research, 30, 2013, pp. 907–914.

[12] Huang F., Wu H., Jin Q., Zhang Q., A numerical simulation on the perforation of reinforced concrete targets, International Journal of Impact Engineering, 32, 2005, pp. 173–187.

[13] Li Q. M., Reid S. R., Wen H. M., Telford A. R., Local impact effects of hard missiles on concrete targets, International Journal of Impact Engineering, 32, 2005, pp. 224-284.

[14] Leppanen C., Concrete subject to fragment impacts, PhD Thesis, Chalmer University of technology, Goteborg, Sweden, 2004.

[15] Wen H.M., Xian Y.X., A unified approach for concrete impact, International Journal of Impact Engineering, 77, 2015, pp. 84-96.

[16] Nataraja M.C., Dhang N., Gupta A.P., Stress–strain curves for steel-fiber reinforced concrete under compression, Cement and Concrete Composites. 21, 1999, pp. 383–390.

[17] Quan  X., Birnbaum N. K., Cowler M. S., Gerber B. I., Clegge R. A., Hayhurst C. J., Numerical simulation of structural deformation under shock and impact loads using a coupled multi- solver approach, 5 th Asia- Pacific Conference on Shock and Impact Loads on Structures, 2003.

[18] Hallquist J. O., LS-DYNA Theory Manual, Livermore Software Technology Corporation, California, March 2006.

[19] Feli S., Bakhtiar M., Determination of Compressive Stress of Metallic Materials Based on Impact Test, Mech. Aerospace J, 8, 2012, pp. 43- 54.

[20] Teng L., T. Chu, Yi. An., Chang, Fwu. An., Shen, Bor. Cherng. and Cheng, Ding. Shing., Development and validation of numerical model of steel Fiber reinforced concrete for high-velocity impact, Computational Materials Science, 42, 2008, pp. 90–99.

[21] Marsh S. P., LASL shock hugoniot data, University of California, 1980.

[22] Gebbeken N., Greulich S., Pietzsch A., Hugoniot properties for concrete determined by full-scale detonation experiments and flyer-plate-impact tests, International Journal of Impact Engineering, 32, 2006, pp. 2017-2031.