Experimental study of wave slamming of sandwich composites

Abstract

Slamming of ship hull structures was simulated using sandwich composite panels that were repeatedly slammed on to a body of calm water with the main objective of understanding the damage accumulation mechanism and corresponding lifetime. Literature is abundant on ship hull slamming; however, it is limited to single slamming; while damage accumulation and progression under repeated slamming is largely absent. Therefore, an extensive experimental program was carried out to understand damage accumulation and failure in sandwich composites under repeated slamming as a function of deadrise angle and slamming energy. The two model material systems used consisted of polyester foam filled honeycomb sandwich composites and polyurethane foam core sandwich composites. Honeycomb core sandwich composites indicted a significant damage accumulation as a function of increasing slamming energy. Similarly, foam core sandwich composites revealed a gradual but substantial damage accumulation as a function of increasing slamming energy or decreasing deadrise angle. The modes of failure corresponded primarily to local facesheet yielding with evidence of core crushing for the honeycomb core sandwich composites. While, the modes of failure indicated mainly interface tearing, core shear and facesheet buckling in the case of foam core sandwich composites. Interestingly, the peak pressures and strains were observed to occur near the keel while the maximum damage was obtained near the chine at deadrise angles between 15o and 20o ; as ship hull design is primarily based on peak pressures, this result is quite significant.

El impacto de la estructura del casco sobre la superficie de agua fue simulado usando placas de compuestos sándwich con el objeto de estudiar el comportamiento de estos bajo impactos repetitivos. Existe abundante literatura con respecto a impactos sencillos sin embargo para impactos repetitivos no existe investigaciones previas para determinar los mecanismos y la acumulación de daño. Esta investigación esta enfocada en desarrollar un programa de experimentaciones, que nos permita entender el daño acumulado y las fallas que se producen bajo impactos repetitivos como función de la energía y ángulo de impacto. Dos materiales se usaron, compuestos sándwich con núcleo panal llenado con espuma de poliéster y compuestos sándwich como núcleo espuma de poliuretano. Los compuestos de panal sufrieron un significativo daño como función del incremento de la energía de impacto. De la misma manera los compuestos de poliuretano sufrieron un daño sustancial como función del incremento de la energía y ángulo de impacto. Los modos de falla principales fueron fluencia local con un aplastamiento de la zona de factura para los compuestos de panel. Mientras falla por interfase, cortante del núcleo y pandeo local fueron para los compuestos de poliuretano. Las presiones y deformación unitarias máximas se localizaron en la zona de la quilla, no obstante los danos máximos ocurren en la zona opuesta, esto se observo para ángulos de impacto de 15o y 20o , en el diseño del casco de los barcos se usan las presiones máximas por consiguiente este resultado es muy significativo como propósito de análisis.