در این مقاله ارتعاشات اتفاقی یک ورق کامپوزیتی مورد بررسی قرار می گیرد.به علت ضخامت ورق، تئوری مرتبه اول برشی در نظر گرفته می شود. نخست، معادلات تنش و کرنش ورق کامپوزیت برای محاسبه تنش و کرنش در نقاط مختلف ورق به دست می آید. سپس با استفاده از تئوری مرتبه اول برشی و به کمک روش المان محدود، فرکانس های طبیعی ورق به دست آمده و برای صحه گذاری نتایج، مقایسه ای بین روش المان محدود و نتایج حاصل از شبیه سازی در نرم افزار انسیس انجام می شود. در نهایت جابجایی و تنش در نقاط مختلف ورق تحت تاثیر یک نیروی اتفاقی که از نوع طیف سفید باند محدود می باشد، به دست آمده و اثر پارامترهایی نظیر جهت گیری الیاف و تعداد مودهای ارتعاشی به کار رفته در محاسبات، مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج به دست آمده نشان می دهد نیازی به استفاده تمامی مودهای ارتعاشی در محاسبه جابجایی و تنش نیست.

در این پژوهش روش تحلیلی لوی برای موضوع خمش ورق های چندلایه کامپوزیتی شامل لایه های پیزوالکتریک بررسی شده است. به کمک این روش می توان چندلایه های ترکیبی متعامد و زاویه دار پادمتقارن مستطیلی شکل را که دو لبه موازی آنها مقید به تکیه گاه ساده و دو لبه دیگر آنها شرایط مرزی دلخواه دارند تحلیل کرد. معادلات تعادل بر اساس تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول ورق ها استخراج و بر حسب نوع کلاس کریستالوگرافی لایه های پیزوالکتریک دسته بندی شده اند. نتایج عددی برای چند موضوع مختلف با بارگذاری الکترومکانیکی ارایه و در صورت امکان با نتایج حاصل از روش ناویر و نیز نتایج ثبت شده در سایر مقالات مقایسه شده است. علاوه بر این، توانایی روش لوی در تحلیل استاتیکی چندلایه های کامپوزیتی با لایه های پیزوالکتریک مورد بحث قرار گرفته است. مشاهده می شود که در روش حل لوی، امکان در نظر گرفتن همزمان همه نیروها و ممان های پیزوالکتریک میسر نیست.

در این تحقیق ورق کامپوزیتی تحت بار خستگی ناشی از بار خمشی، با استفاده از تئوری کاهش استحکام مورد مدل سازی شده و اثر زاویه الیاف و چینش لایه ها در عمر خستگی آن مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا خیز ورق تحت بار خمشی با استفاده از تئوری ناویر برای شرط مرزی تکیه گاه ساده بدست آمده و توزیع تنش در لایه های کامپوزیت با استفاده از این حل استخراج شده است. سپس با استفاده از تئوری کاهش استحکام بروتمن و ساها، میزان کاهش استحکام و کاهش سفتی برای هر لایه در هر مرحله از بارگذاری، بدست آمده و مقادیر جدید بدست آمده برای استحکام و مدول هر لایه در سیکل بعدی بارگذاری مورد استفاده قرار گرفته است. این مراحل تکرار شده است تا سرانجام تک تک لایه ها در راستای الیاف و ماتریس شروع به خستگی و شکست نمایند. در این مرحله از تئوری قاعده کاهش ناگهانی برای مدل کردن شکست یک لایه از لایه های کامپوزیت استفاده شده است. در حل مساله، فرآیند شکست لایه ها تا زمان شکست ناگهانی کل ورق کامپوزیتی ادامه می یابد. با استفاده از این مدل میزان عمر خستگی تک تک لایه ها و اثرات شکست یک لایه بر رفتار لایه های دیگر تا رسیدن به شکست نهایی کل سازه مورد بررسی قرار گرفته است. در قسمت نتایج عددی عمر خستگی برای ورق کامپوزیتی از جنس کرین-اپوکسی با زوایای مختلف و چینش متفاوت لایه ها مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج حاصله با یکدیگر مقایسه شده است.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در این مقاله به بررسی عملکرد ورق های کامپوزیتی چندلایه فلز-الیاف تحت ضربه کم سرعت با انرژی های ضربه 12.7 J، 16.3 J و 24.2 J به سه روش پرداخته شده است. در مدل اول از آسیب بین لایه ای صرف نظر شده و در دو مدل دیگر این آسیب با استفاده از روش المان چسبناک و سطح چسبناک شبیه سازی شده است. برای مدل سازی آسیب بین لایه ای از تئوری منطقه چسبناک و برای مدل سازی آسیب داخل لایه ای از معیار واماندگی هشین با گسترش آسیب بر مبنای اتلاف انرژی استفاده شده است. از داده های پلاستیسیته و مدل پلاستیسیته جانسون-کوک برای تعریف تغییر فرم پلاستیکی قسمت های آلومینیومی بهره گرفته شده و دقت نتایج هر مدل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. در فرآیند تحقیق، نتایج مدل سازی عددی از نظر نیروی ضربه و تغییر مکان دائم با نتایج تجربی مقایسه و مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد به ازای انرژی 12.7 J برحسب نیروی ضربه، مدلی که در آن از آسیب بین لایه ای صرف نظر شده بهترین پیش بینی را داشته و با افزایش انرژی ضربه ای از میزان دقت نتایج کاسته شده است. در این راستا در انرژی های ضربه بالاتر، نتایج حاصل از دو روش مدل سازی دیگر که رفتار بین لایه ای در آنها لحاظ شده است پیش بینی دقیق تری را در مقایسه با نتایج تجربی نشان داده و در این بین دقیق ترین نتایج از مدل سطح چسبناک حاصل شده است. همچنین آسیب های وارد شده به مدل های المان چسبناک و سطح چسبناک استخراج شده و با یکدیگر مقایسه شده است. در ضمن تورق پیش بینی شده در مدل های سطح چسبناک و المان چسبناک تقریبا رفتار مشابه ای را نشان داده است.