The deformation behavior of a multi-layered aluminum corrugated structure at increasing impact velocities

Abstract

The compression impact deformation of a layered 1050 H14 aluminum corrugated sandwich structure was determined both experimentally and numerically under low, intermediate and high velocities to investigate the validity of the perfect and imperfect models. Three-dimensional finite element models of the tested specimens were developed using the LS-DYNA. At increasing velocities from quasi-static velocity to 200 m s-1, the tested corrugated structures showed three distinct deformation modes: between 0.0048 and 22 m s-1 the deformation was quasi-static homogenous mode; between 22 and 60 m s-1 a transition mode and above 90 m s-1 a shock mode. These observations were also confirmed by the camera records and model layer strain profiles. The imperfect models predicted the deformation behavior in homogeneous and transition modes, while the imperfect and perfect models both well predicted the shock mode. Layer strain profiles showed that as the velocity increased, the crushed layer densification strains increased. The numerical models and experiments of direct impact tests showed that distal end crushing stress increased with increasing velocity. The increase of the stress within the homogeneous and transient mode velocities was ascribed to the micro-inertia effect and the tested corrugated structure showed a Type II behavior. The rigid perfectly plastic locking (r-p-p-l) model prediction using quasi-static plateau stress and densification strain and quasi-static plateau stress and numerically determined densification strain at that specific velocity resulted higher velocities and full densification, while the r-p-p-l model based on varying plateau stress and densification strain well predicted in the shock mode.

Katmanlı 1050 H14 alüminyum dalgalı sandviç yapının basma darbe deformasyonu hem mükemmel hem de kusurlu modellerin geçerliliğini araştırmak için düşük, orta ve yüksek hızlarda deneysel ve nümerik olarak belirlendi. Test edilen örneklerin üç boyutlu sonlu elemanlar modeli LS-DYNA kullanılarak geliştirildi. Yarı statik hızdan 200 m s-1’ye yükselen hızlarda, test edilen dalgalı yapılar üç farklı deformasyon modu göstermiştir: 0,0048 m s-1 ve 22 m s-1 arasındaki deformasyon, yarı statik homojen mod; 22 m s-1 ve 60 m s-1 arasında geçiş modu ve 90 m s-1'in üzerinde bir şok modudur. Bu gözlemler, kamera kayıtları ve model katman gerinim profilleri ile de doğrulanmıştır. Kusurlu modeller, homojen ve geçiş modlarında deformasyon davranışını öngörürken, şok modunda kusurlu ve mükemmel modellerin her ikisi de iyice tahmin edilmiştir. Katman deformasyon profilleri, hız arttıkça ezilmiş tabaka densifikasyon gerinimlerinin arttığını gösterdi. Direkt darbe testi nümerik modelleri ve deneyleri uzak uç çarpışma geriliminin hız arttıkça arttığını gösterdi. Homojen ve geçici mod hızlarındaki gerilim artışı, mikro atalet etkisine bağlıydı ve test edilen katmanlı yapı Tip II davranışı gösterdi. Yarı statik plato gerilimi ve densifikasyon gerinimi ve yarı statik plato gerilimi ve belirli bir hızda sayısal olarak belirlenen densifikasyon gerinimi kullanan katı mükemmel plastik kilitleme (r-p-p-l) modeli tahmini, daha yüksek hızlara ve tam densifikasyona neden olurken, değişen plato gerilimi ve densifikasyon gerinimine dayanan r-p-p-l modeli şok modunda iyice öngörüldü.