سلوك التخميد للمواد المسامية المستخدمة في هياكل الصفائح الطبائقيه

رسالة ماجستير

اسم الباحث : عباس صلاح هاشم

اسم المشرف : الأستاذ الدكتور محسن جبر جويج ;الاستاذ المساعد الدكتور احمد قاسم حسن

الكلمات المفتاحية : Sandwich plate- Foam core- Damping behavior- Natural frequency -Vibration control

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : الهندسة الميكانيكية

سنة نشر البحث : 2025

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصـة

تُستخدم الألواح الساندويتش على نطاق واسع في التطبيقات البحرية والجوية، وكذلك في القطاعات الهندسية مثل السيارات والمدني، وذلك بفضل خفّة وزنها ومرونة تصميمها، حيث توفر تقليل الوزن مع الحفاظ على القوة الميكانيكية. تهدف هذه الدراسة إلى دراسة تأثير كثافة وسمك نواة الفوم على الأداء الديناميكي للألواح الساندويتش، مع التركيز بشكل خاص على الترددات الطبيعية وسلوك الاهتزاز. تم فحص ثلاث كثافات للفوم (26، 34، و40 كجم/م³) إلى جانب سمكين للنواة (25 مم و50 مم) لدراسة تأثيرها على خصائص الاهتزاز للألواح.

تم اتباع منهجية تجمع بين الحسابات النظرية، والقياسات التجريبية، والمحاكاة العددية. استخدمت النماذج النظرية لتقدير الترددات الطبيعية للألواح الساندويتش بناءً على خصائص المواد والهندسة. تجريبيًا، تم تصنيع الألواح باستخدام نوى الفوم المختارة واختبارها عبر اختبارات الانحناء الثلاثي النقاط وفقًا لمواصفات ASTM، بالإضافة إلى اختبارات الصدمات لمحاكاة الظروف الواقعية. أما المحاكاة العددية فتمت باستخدام برنامج ANSYS لحساب الترددات الطبيعية والتحقق من صحة البيانات التجريبية.

أظهرت النتائج أن زيادة كثافة الفوم تؤدي بشكل عام إلى انخفاض التردد الطبيعي الأساسي للألواح الساندويتش، وقد لوحظ هذا الاتجاه لكلا السمكين، مع انخفاض أكثر وضوحًا في النوى الأكثر سمكًا. يُعزى انخفاض التردد مع زيادة الكثافة إلى زيادة الكتلة للفوم الكثيف، مما يؤثر على خصائص الاهتزاز للوحة. وعلى النقيض، فإن الفوم منخفض الكثافة ينتج ترددات طبيعية أعلى بنسبة تقريبية 19%، وهو أمر مفيد في التطبيقات التي تتطلب التحكم في الاهــتزاز. بالإضافة إلى ذلك، تم حساب معاملات التخميد التجريبية للسمكيـــن (25 مم و50) مم لثـــلاث كــــثافات للفـــــــــــــوم، حيث تراوحت القيـــــم بين 0.08253) – 0.15396

Damping Behavior of a Porous Material Core Used in Sandwich Plate Structures

Abstract

Sandwich panels are commonly used in marine ships structures and
aerospace applications due to their light weight and design flexibility In, like
that is suitable for, automotive and civil engineering applications, as it offers
reduced weight while maintaining mechanical strength, this study examines the
effect of foam core density and thickness on the dynamic performance of
sandwich panels, particularly focusing on natural frequencies and vibration
behavior. Three foam densities (26, 34, and 40 kg/m³) were studied, alongside
two core thicknesses, (25 mm and 50 mm) were used to investigate their effects
on the vibration characteristics of foam structures.
The methodology combined Analytical calculations, experimental
measurements, and numerical simulations. Analytical models were used to
estimate the natural frequencies of sandwich panels based on material properties
and geometry. Experimental, panels were fabricated with the selected foam
cores and tested using three-point bending setups according to ASTM standards,
along with impact tests simulating real-life conditions. Numerical simulations
were carried out using ANSYS software to calculate the natural frequencies and
validate the experimental data.
The results manifested that increasing the foam density generally led to a
decrease in the fundamental natural frequency of the sandwich panels. This
trend was observed for both thicknesses, though the decrease was more
noticeable in thicker cores. The reduction in natural frequency with higher
density is attributed to the added mass of the denser foam, which affects the
panel’s vibrational characteristics. Conversely, lower density foams resulted in
higher natural frequencies in proportion 19%, which is advantageous in
applications where the vibration control is critical, and The experimental
damping coefficients were calculated at thicknesses of (25 and 50 mm) for three
different foam densities (26, 34, 40 kg/m³), with values ranging between
(0.08253 – 0.15396).