در این تحقیق تحلیل استاتیکی و دینامیکی بال هواپیما ساخته شده از مواد مرکب، به روش تحلیلی بررسی می شود. بال به صورت تیر جدار نازک یکسرگیردار با سطح مقطع بسته و دارای لایه چینی سختی محیطی نامتقارن CAS، مدلسازی شده است. در مدل تیر اثرات غیرکلاسیک مثل تنش برشی، قید واپیچش، مدل پیچشی غیریکنواخت و غیر ایزوتروپ بودن ماده در نظر گرفته می شود. معادلات حاکم با استفاده از اصل هامیلتون توسعه یافته به دست می آیند و بر اساس روش گالرکین توسعه یافته حل می شوند. نتایج حاصل از آنالیز از تطابق خوبی با داده های تجربی و نتایج تحلیل عددی برخوردار است. در این مقاله برای اولین بار اثرات تغییرات خطی و پیوسته زاویه الیاف در طول تیر جدار نازک کامپوزیتی که منجر به سفتی متغیر در سازه می شود، مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد. برای این منظور از دو تعریف مسیر با تغییرات خطی زاویه الیاف و مسیر با انحنای ثابت استفاده می شود. بر مبنای نتایج تحلیل، فرکانس طبیعی و کوپلینگ خمش-پیچش وابسته به زاویه الیاف می باشد و استفاده از الیاف خمیده با تغییر پیوسته زاویه الیاف در طول تیر، امکان استفاده بهینه از خواص کامپوزیت و افزایش فضای طراحی نسبت به بال معمولی با الیاف مستقیم را فراهم می کند.

در این پژوهش پایداری جانبی-پیچشی تیر غیرمنشوری با مقطع جدار نازک متقارن ساخته شده از مواد مدرج تابعی تحت بارگذاری عرضی مورد مطالعه قرار گرفته است. خواص مکانیکی ماده مدرج براساس تابع توزیع توانی در راستای طول عضو به طور پیوسته تغییر می کند. نسبت پواسون بعلت تغییرات اندک در مواد مهندسی ثابت فرض شده است. معادلات دیفرانسیل حاکم بر پایداری تیر جدار نازک ناهمگن براساس فرضیات حاکم بر تیوری کلاسیک ولاسو و صرف نظر نمودن از تغییر شکل های برشی به کمک روش انرژی استخراج شده است. سپس، با استفاده از روش عددی مربعات دیفرانسیل و فرضیات حاکم بر این روش، دستگاه معادلات پایداری حل می گردد. در ادامه، با توجه به شرایط مرزی حاکم بر اعضای جدار نازک با مقطع متقارن و با استفاده از روش حل مقادیر ویژه، مقدار بار کمانش بحرانی محاسبه می شود. پس از صحت سنجی نتایج و اثبات دقت و کارآمدی روش مذکور در خصوص تیر همگن با مقطع متغیر، تاثیر پارامترهای مختلف همچون شرایط مرزی گوناگون، محل اعمال بار عرضی، توان ماده مدرج تابعی و تغییر ابعاد بال و جان نیم رخ I-شکل بر روی بار کمانش جانبی بدون بعد مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که تغییر ابعاد مقطع و شاخص کسر حجمی تاثیر بسیاری بر پایداری جانبی-پچشی تیر ماهیچه ای دارد. همچنین در تمامی شرایط، بیشترین ظرفیت کمانشی مربوط به حالتی است که بار عرضی به بال پایین نیم رخ اعمال می گردد.

کامپوزیت های لایه ای الیاف-فلز که از ترکیب لایه های فلزی و کامپوزیت های تقویت شده با الیاف ساخته می شوند، به دلیل وزن کمتر و خواص مکانیکی مناسب تر، در صنایع هوایی، دریایی و خودروسازی کاربرد فراونی پیدا کرده اند. در این پژوهش برای اولین بار پایداری جانبی-پیچشی تیر باریک شونده با مقطع I شکل متقارن از جنس کامپوزیت هیبریدی چند لایه الیاف-فلز مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور، معادلات پایداری جانبی-پیچشی و شرایط مرزی با به کارگیری مدل ولاسو برای مقاطع جدار نازک باز، تئوری کلاسیک لایه ای و با فرض تغییر شکل های کوچک تعیین می گردند. سپس با استفاده از یک رابطه کمکی دستگاه معادلات حاکم به یک معادله دیفرانسیل مستقل مرتبه چهار برحسب زاویه پیچش تبدیل می شود. در ادامه، معادله نهایی با بهره گیری از روش عددی مربعات دیفرانسیل و فرضیات این روش حل و مقدار بار کمانش جانبی-پیچشی محاسبه می شود. پس از بررسی صحت و دقت روش معرفی شده، اثرات پارامترهای مهم مانند، چیدمان لایه ها، زاویه قرارگیری الیاف، جنس الیاف، تغییر ارتفاع جان تیر، محل اعمال بار عرضی و کسر حجمی فلز بر ظرفیت کمانش جانبی تیر جدار نازک با مقطع متغیر و شرایط انتهایی گیردار-آزاد مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که چیدمان بهینه با قرار گیری لایه های الیافی سازنده بال تیر با زاویه صفر درجه و لایه های الیافی تشکیل دهنده جان با زاویه 45 درجه بین دو ورق آلومینیومی حاصل می شود. همچنین ثابت شد که تغییرات درصد حجمی فلز در مقایسه با تغییر ارتفاع جان تیر نیم رخ، بار کمانش جانبی را با شدت بیشتری تغییر می دهد.

مواد مدرج تابعی، مصالحی نوین با ساختاری ناهمگن و ویژگی های منحصر به فرد هستند که در سال های اخیر نظر پژوهشگران زیادی را به خود جلب کرده اند. بنابراین در این مقاله برای اولین بار، ارتعاشات آزاد و پایداری تیر ماهیچه ای با مقطع جدار نازک ساخته شده از مواد مدرج تابعی محوری بر بستر الاستیک وینکلر مورد بررسی قرار می گیرد. فرض بر این است که خواص مکانیکی ماده (ضریب ارتجاعی و چگال) در راستای طول عضو به طور پیوسته و براساس توزیع توانی، متغیر و نسبت پواسون ثابت فرض شده است. معادلات حاکم بر حرکت و شرایط مرزی با استفاده از اصل همیلتون و روش انرژی به دست می آیند. تحلیل پایداری و ارتعاش آزاد بر پایه مدل ولاسو برای مقاطع جدار نازک باز و با اعمال اثرات محل اتصال بستر الاستیک و خروج از مرکزیت بار فشاری در معادلات انجام شده است. با استفاده از روش مربعات دیفرانسیلی، دستگاه معادلات گسسته و حل می گردد. سپس با اعمال شرایط مرزی روی پاسخ های به دست آمده و با استفاده از روش حل مقادیر ویژه، بار کمانشی و فرکانس ارتعاشی محاسبه می شوند. در پایان نتایج حاصل از این تحقیقدر خصوص تیر همگن با مقطع متغیر با نتایج دیگر تحقیقات جهت بررسی صحت و دقت محاسبات مقایسه گردیده و تاثیر پارامترهای مختلفی همچون طول عضو، شرایط مرزی، خروج از مرکزیت بار فشاری، تغییر ابعاد مقطع، توان ماده مدرج تابعی، سفتی بستر الاستیک و محل اتصال فنر وینکلر بر روی پایداری و ارتعاش آزاد مورد ارزیابی قرار گرفته است.

به دست آوردن مقادیر تنش ها در پوسته کروی یک مخزن چند لایه کامپوزیتی جدار نازک به روشی کاملا تحلیلی و بدون نیاز به استفاده از روش های عددی در حل معادلات، موضوعی است که تا کنون بررسی نشده است. در این مقاله با استفاده از حلی کاملا تحلیلی به کمک تئوری کلاسیک پوسته ها، مقادیر تنش ها در هر لایه از پوسته کروی مخزن چند لایه کامپوزیتی جدار نازک به دست آمده است. در این روش حل با استفاده از معادلات تعادل، قانون هوک، روابط کرنش-جابجایی و انحنا – جابجایی، معادلات حاکم بر پوسته دوران یافته عمومی کامپوزیتی استخراج گردیده و سپس معادلات حاکم بر پوسته کروی متقارن به دست آمده اند. در ادامه به کمک معادلات سازگاری جابجایی و چرخش، نیروها و تنش ها در تقاطع پوسته کروی و استوانه کامپوزیتی استخراج شده اند و پس از آن تنش های طولی و محیطی در پوسته کروی مخزن کامپوزیتی جدار نازک تحت فشار داخلی در هر لایه به دست آمده اند. در نهایت نتایج حل کاملا تحلیلی بر مبنای تئوری کلاسیک پوسته ها با نتایج حل عددی اجزاء محدود مقایسه شده و نشان داده شده است مقادیر تنش حاصل از نتایج تحلیلی انطباق خوبی با نتایج حل عددی دارند و می توان با استفاده از نتایج این حل تحلیلی مخازن کامپوزیتی را به صورت بهینه طراحی نمود

امروزه، استفاده از المان های پوسته ای کامپوزیتی نظیر تیرهای ماهیچه ای با مقطع جدار نازک به دلیل قابلیت آن ها در مصرف بهینه مصالح و کاهش وزن سازه در بسیاری از صنایع از جمله هوا فضا، دریایی و خودرو سازی افزایش قابل توجهی یافته است. طراحی اعضای جدار نازک بایستی به گونه ای صورت پذیرد که پارامتر نسبت استحکام به وزن تا حد قابل قبولی بالا باشد تا از نظر صرفه جویی در مصرف مصالح و هزینه بهینه گردند. با توجه به این نکته در این تحقیق، پایداری خمشی-پیچشی تیر-ستون ماهیچه ای جدار نازک با نیم رخ ناودانی از جنس کامپوزیت الیافی تحت شرایط مرزی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، انرژی پتانسیل کلی حاکم بر مسئله بر مبنای مدل ولاسو برای مقاطع جدار نازک باز، تئوری کلاسیک لایه ای و با فرض چیدمان متقارن استخراج می گردد. سپس با استفاده از روش تحلیلی رایلی-ریتز، مقدار بار کمانش خمشی-پیچشی با توجه به شرایط مرزی حاکم بر عضو محاسبه می شود. پس از تأیید صحت و دقت روش ارائه شده با استفاده از نرم افزار المان محدود انسیس، تاثیر عوامل مهمی مانند پیش بارگذاری محوری، خروج از مرکزیت بار محوری فشاری، جنس الیاف، چینش لایه ها، شرایط مرزی و ضرایب باریک شوندگی بال و جان بر ظرفیت کمانشی عضو کامپوزیتی مدنظر بررسی می شود.

بافت بریدینگ در صنایع مختلف به عنوان استوانه ای تحت فشار داخلی از کاربردهای فراوانی برخوردار می باشد. در این شرایط داشتن یک سازه پایدار بدون هیچ گونه چروکیدگی و نایکنواختی از ضروریات امر می باشد. استفاده از مدل مخازن جدار نازک با دو انتهای بسته و تحت فشارهای داخلی به عنوان برید مناسبت خوبی با موضوع کار جاری دارد. در انجام آزمایشات با استفاده از یک لوله سیلیکونی به عنوان مغزی و استفاده از بافت های برید با زوایای مختلف و همچنین بافت تاری پودی نمونه هایی جهت انجام آزمایش ساخته شده و سپس نمونه ها در اثر افزایش فشارهای داخلی با نرخ ثابت شروع به ازدیاد قطر کرده که تمامی نتایج تا لحظه پارگی توسط یک دوربین فیلمبرداری شد. در این تحقیق ابتدا تئوری مربوط به مقدار تنش و ممان چروکیدگی ایجاد شده در این بافت ها تحت فشار داخلی بیان شده و سپس با طراحی آزمایش جدید مذکور نتایج بدست آمده را با تئوری مطرح شده مقایسه گردیده و در نهایت برای تعیین بهینه ترین زاویه برید در بافت های بریدینگ مورد استفاده به عنوان مخازن جدار نازک ارتباط بین زاویه و فشار در نقطه پارگی نمونه ها مورد بررسی قرار گرفته است. در زاویه بهینه ±55 درجه کلیه نیروهای ایجاد شده در بافت برید در اثر اعمال فشار داخلی در راستای جهت گیری رشته های برید بوده و افزایش قطر استوانه برید کاملا کنترل شده و وابسته به ازدیاد طول رشته ها می باشد. در زوایای کمتراز ±55 درجه نرخ افزایش قطر به خصوص در فشارهای نزدیک به فشار پارگی سریع بوده و در زاویه هایی بیشتر از ±55 درجه ازدیاد در راستای طول و به عبارتی کاهش قطر در بافت بریدینگ مشاهده می گردد.