التحقيقات النظرية والتجريبية لألواح الطباقية المطبوعة ثلاثية الأبعاد المستخدمة في هيكل الطائرة

رسالة ماجستير

اسم الباحث : حيدر عبد الجبار صباح

اسم المشرف : أ.م.د. رائد رحمن المحنة ; أ.د. حامد عذاب عيدان ال جميل

الكلمات المفتاحية : Classifying,charactertersitcs,LOS

الكلية :

الاختصاص : الهندسة الميكانيكية

سنة نشر البحث : 2023

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة

الألواح الطباقية ، والتي تتكون غالبًا من لوحتين وجهتين متصلتين بقرص العسل أو نواة رغوية. تم استخدام الالواح الطباقية في مجموعة متنوعة من التطبيقات ، مثل أنظمة طاقة الرياح والسفن والطائرات. في هذه الدراسة ، تمت دراسة النواة من نوع قرص العسل السداسي المنتظم باستخدام الحلول التحليلية المتاحة التي تتضمن إيجاد العلاقة بين كثافة النواة والانحراف الكلي للألواح تحت أحمال الانحناء. بينما ، في دراسة عملية ، تم تصنيع عينات الواح ذات كثافات نواة مختلفة في توى بتكوينات سداسية وثلاثية وثمانية الأضلاع متداخلة ، باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد مع مادة PLA (حمض polylactic) عن طريق ضبط قيمة كثافة النواة إلى ثلاثة مقادير (105) كجم / م 3 ، 132 كجم / م 3 ، و 160 كجم / م 3) باستخدام حجم الخلية كمعلمة تحكم وحيدة في قيمة الكثافة. تخضع هذه العينات لاختبار الانحناء وفقًا للمعيار (ASTM C393-00) لإيجاد الانحراف والصلابة وبالتالي تأثير التباين في كثافة النوى لكل نوع. ثم يتم مقارنة الاستنتاجات النظرية ، متبوعة بنتائج الاختبارات التجريبية ، مع النتائج العددية الناتجة عن برنامج المحاكاة “Ansys” لتقديم فكرة واضحة عن كيفية تأثير كثافة النوى على الخصائص الميكانيكية للالواح وكشف عن نوع النواة المتفوقة. بالإضافة إلى ذلك ، تتأثر مقاومة الصدمات بشكل كبير بتغير كثافة النواة ، ومن أجل استكشاف ذلك ، تعرضت العينات ذات الكثافة النوى المختلفة لمحاكاة اختبار الاسقاط من برج. علاوة على ذلك ، تم إجراء تقييم عددي لتحديد تأثير كثافة النوى على الترددات الطبيعية واستكشاف سلوك الالواح تحت الأحمال المتكررة. أخيرًا ، أظهرت النتائج التجريبية أن الزيادة في كثافة النواة بنسبة 25.7٪ و 52.4٪ تؤدي إلى مزيد من الصلابة بنسبة 8.14٪ و 16.75٪ في النوى السداسية ، و 8.43٪ و 28.1٪ في النوى الثلاثية ، و 10.94٪ و 19.04٪ في النوى المثمنة. إلى جانب ذلك ، فإن النوى المثمنة والمثلثة أكثر صلابة من النوى السداسية. فيما يتعلق باستكشاف تاثير الاصطدام ، يمكن استنتاج أن زيادة كثافة النوى زادت من مقاومة الالواح للصدمات وأن النوى السداسية المنتظمة لها مقاومة صدمة أكبر من النوى الثلاثية. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت النتائج أن الزيادة في كثافة النوى بنسبة 25.7٪ و 52.4٪ تؤدي إلى انخفاض طفيف في قيمة الترددات الطبيعية ، على الأقل في المود الأول.

Theoretical and Experimental Investigations of 3D-Printed Sandwich Panels Used in Aircraft Structure

Abstract

Sandwich panels, which often consist of two face sheets attached to a honeycomb or foam core. Sandwiches have been utilized in a variety of applications, such as wind energy systems, ships, and aircraft. In this study, the regular hexagonal honeycomb core type is studied utilizing the available analytical solutions that involve finding the relation between core density and the total deflection of sandwiches under bending loads. Whereas, in a practical study, sandwich samples with various core densities were manufactured in regular hexagonal, triangular, and overlapped octagonal core configurations, utilizing 3D printing technology with the PLA (polylactic acid) material by adjusting the core density value to three magnitudes (105 kg/m3, 132 kg/m3, and 160 kg/m3) using cell size as the sole governing parameter in density value. These samples are subjected to a flexural test according to the standard (ASTM C393-00) to find deflection, stiffness, and consequently the effect of variation in core density for each type. Then, the theoretical conclusions, followed by experimental test results, are compared with the numerical results generated by the simulation software “Ansys” to provide a clear idea of how the density of the core will impact the mechanical characteristics of the sandwich and reveal the superior core type. Additionally, impact resistance is significantly influenced by core density variation, so to explore that, samples with different core densities were subjected to the simulation of a tower drop test. Moreover, a numerical evaluation was carried out to determine the effect of core density on natural frequencies and explore the behavior of sandwiches under repeated loads. Finally, the experimental results demonstrate that an increase in core density by 25.7% and 52.4% leads to more stiffness by 8.14% and 16.75% in a hexagonal core, 8.43% and 28.1% in a triangular core, and 10.94% and 19.04% in an octagonal core. Besides, the overlapped octagonal and triangular cores are more stiff than hexagonal. Regarding impact exploration, it can be deduced that increasing the density of the core increased the sandwich’s resistance to impacts and that the regular hexagonal core has greater impact resistance than the triangular core. Additionally, the results show that increases in core density of 25.7% and 52.4% lead to a slight drop in the value of natural frequencies, at least in the first mode.