Nonlinear dynamic finite element analysis of thick transversly flexible sandwich panel on elastic foundation with account of damage progression in time. Part 1. Three-dimensional formulation and two-dimensional plate theory

Abstract

In order to construct a plate theory for a thick transversely compressible sandwich plate with composite laminated face sheets, the author makes simplifying assumptions regarding distribution o f transverse strain components in the thickness direction. It is assumed that the transverse strains, i.e., £xz, £yz, and £zz do not vary in the thickness direction within the face sheets and the core, but can be different functions of the in-plane coordinates in different sublaminates (the face sheets and the core). An algorithm, which takes account of damage progression in dynamic problems, is incorporated into the computational scheme based on the geometrically nonlinear formulation, and is applied to failure analysis o f a sandwich plate under ground impact. The proposed model o f the sandwich plate does not require many degrees o f freedom in the finite element computations and has a wide range of applicability: it can be applied to the sandwich plates with a wide range o f ratios of thickness to the in-plane dimensionswith both thin and thick face sheets (as compared to the thickness o f the core) and to the sandwich plates with both transversely rigid and transversely compressible face sheets and cores.

Із метою розвитку теорії пластин для товстих багатошарових панелей, що стискувані у поперечному напряму, із зовнішніми шарами у вигляді композитних ламінатних листів запропоновано спрощену схему розподілу поперечних деформацій по товщині панелі. Припускається, що поперечні деформації є xz, £ yz та £ zz не змінюються по товщині панелі в інтервалі її зовнішніх листів і серцевини, але можуть описуватися різними функціональними залежностями від координати в площинах різних субламінатів (зовнішні листи і серцевина панелі). Алгоритм, що ураховує розвиток пошкодження для динамічних задач, використовується в розрахунковій схемі, що базується на геометрично нелінійному формулюванні, стосовно до аналізу руйнування багатошарової пластини від ударного стикання з грунтом. Модель багатошарової пластини характеризується малою кількістю степеней вільності у скінченноелементних розрахунках та широким використанням: для пластин із тонкими або товстими зовнішніми шарами (у порівнянні з товщиною серцевини), для випадків стисливості або нестисливості зовнішніх шарів та (або) серцевини в поперечному напряму.

С целью развития теории пластин для толстых многослойных панелей, сжимаемых в поперечном направлении, с наружными слоями в виде композитных ламинатных листов предложена упрощенная схема распределения поперечных деформаций по толщине панели. Предполагается, что поперечные деформации Exz, Eyz и ezz не изменяются по толщине панели в пределах ее наружных листов и сердцевины, но могут описываться различными функциональными зависимостями от координат в плоскостях разных субламинатов (наружные листы и сердцевина панели). Алгоритм, учитывающий развитие повреждения для динамических задач, используется в расчетной схеме, базирующейся на геометрически нелинейной формулировке, применительно к анализу разрушения многослойной пластины от ударного соприкосновения с грунтом. Модель многослойной пластины характеризуется малым количеством степеней свободы в конечноэлементных расчетах и широким спектром применения: для пластин с тонкими или толстыми наружными слоями (по сравнению с толщиной сердцевины), для случаев сжимаемости или несжимаемости наружных слоев и (или) сердцевины в поперечном направлении.