Dynamic Behavior and Failure of Aluminum-Polyethylene Sandwich Structure
[ 1 ] Instytut Konstrukcji Budowlanych, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Politechnika Poznańska | [ D ] phd student
[ 1 ] Instytut Konstrukcji Budowlanych, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Politechnika Poznańska | [ P ] employee
[ 1 ] Instytut Konstrukcji Budowlanych, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Politechnika Poznańska | [ P ] employee
PL Dynamiczne zachowanie i zniszczenie aluminiowo-polietylenowych struktur warstwowych
english
- aluminum alloy
- polyethylene
- dynamic behavior
- failure criterion
- Hopkinson bars
- perforation
- thermal chamber
- stop aluminium
- polietylen
- zachowanie dynamiczne
- kryterium zniszczenia
- pręt Hopkinsona
- przebicie
- komora termiczna
EN In this dissertation, a presentation of several experimental techniques that has been deployed to study the dynamic behavior of the Alucobond sandwich structures at small and high strain rates. The main aim of this work was to study the dynamic behavior of this structure that is composed of two completely different materials, a metallic material: AW5005 aluminum alloy, and a polymer material: LDPE low density polyethylene. Experimental, analytical and numerical studies have been carried out to analyze this behavior in details. It is therefore necessary to use new experimental techniques covering a wide range of strain rates with a temperature ranging from ambient temperature and 300 ° C. During this thesis, four experimental techniques were defined as quasi-static traction and compression (strain rates ranging from 〖10〗^(-4) s^(-1)to 〖10〗^(-2) s^(-1)), dynamic compression (strain rates varying from 〖10〗^2 s^(-1) to 〖10〗^3 s^(-1)) and perforation by means of a 72° conical projectile (with strain rate ranging from 〖10〗^(-4) 1/s to 〖10〗^4 1/s). A Hopkinson pressure bar and a pneumatic gas gun, both equipped with a new thermal chamber, were used to conduct dynamic and perforation tests at high strain rates and temperatures. To validate this setup, experimental tests were carried out on Alucobond structures. An analysis of the propagation of the waves made it possible to define the behavior of these materials constituting this sandwich structure, and to study the strain rate effect, the hardening and the thermal effects. The impact and perforation tests were carried out using a gas gun. The experimental results made it possible to identify the overall behavior of the structure, and to propose a constitutive relation for it. Different failure criteria are discussed, coupling numerical and experimental analyses for a wide range of strain rates. An optimization method function is used to identify the parameters of the failure criteria of the studied aluminum alloy. A FE 3D model has been developed to simulate the mechanical behavior of the studied materials targets subjected to impact and perforation. The results from the numerical preliminary tests were compared with the experimental results. Overall, there has been a good agreement between the numerical and experimental results, particularly in terms of ballistic curves and absorbed energy.
PL W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych przeprowadzonych na panelach Alucobond dla małych i dużych prędkościach odkształceń. Głównym celem pracy była analiza dynamiczna zachowania elementu złożonego z dwóch materiałów o zasadniczo różnych charakterystykach fizycznych, tj. metalu - stopu aluminium AW5005 oraz polimeru LDPE (polietylen o niskiej gęstości). Oprócz eksperymentów przeprowadzono studium analityczne oraz numeryczne. Zaproponowano cztery techniki eksperymentalne: quasi-statyczne rozciąganie i ściskanie (prędkości odkształceń od 〖10〗^(-4) s^(-1)do 〖10〗^(-2) s^(-1)), ściskanie dynamiczne (prędkości odkształceń od 〖10〗^2 s^(-1) do 〖10〗^3 s^(-1)) oraz perforacja za pomocą stożkowego pocisku o kącie 72° (prędkości odkształceń 〖10〗^(-4) 1/s do 〖10〗^4 1/s). Specyfika analizy wymagała użycia nowych urządzeń generujących duże prędkości odkształceń w szerokim spektrum temperatur, od temperatury pokojowej do 300 °C. Pręt Hopkinsona został wykorzystany do analizy dynamicznego zachowania obu materiałów. Określono wzmocnienie odkształceniowe obu materiałów oraz ich wrażliwość na prędkość odkształcenia. Uwzględniono również wpływ temperatury na zachowanie materiałów. Dla stopu aluminium zdefiniowano równania konstytutywne, a także zaproponowano kryterium zniszczenia dla szerokiego spektrum prędkości odkształceń jako wynik połączonej analizy numerycznej i eksperymentalnej. Model 3D użyty w symulacjach wykorzystujących metodę elementów skończonych pozwolił na odtworzenie zachowania analizowanych materiałów w eksperymentach dynamicznych i quasi-statycznych. Porównanie symulacji numerycznych z eksperymentami wykazało dobrą zbieżność wyników, w szczególności w teście przebijania. Również wielkości energii absorbowanej podczas perforacji były w omawianych porównaniach zgodne.
155
civil engineering
construction
DrOIN 1938
public
Jerzy Małachowski
Warszawa, Polska
23.08.2018
polish
public
Zdzisław Nowak
Warszawa, Polska
10.08.2018
polish
public
dissertation
Poznań, Polska
24.09.2018
Rada Wydziału Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechniki Poznańskiej
doktor nauk technicznych w dyscyplinie: budownictwo