تحلیل ارتعاشات آزاد پوسته‌های ساندویچی استوانه‌ای با رویه FML و هسته FGM با استفاده از یک تئوری پوسته جدید

داور, علی; حیدری بنی, محسن; آذرافزا, رضا; اسکندری جم, جعفر

doi:10.30699/jtae.2023.7.4.4

تحلیل ارتعاشات آزاد پوسته‌های ساندویچی استوانه‌ای با رویه FML و هسته FGM با استفاده از یک تئوری پوسته جدید

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

علی داور ¹

محسن حیدری بنی ²

رضا آذرافزا ¹

جعفر اسکندری جم ³

¹ دانشیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

² دانشجوی دکتری، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

³ استاد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

10.30699/jtae.2023.7.4.4

چکیده

در این پژوهش، با ارتقای دقّت تئوری‌های مرتبه‌ بالای موجود، تئوری پوسته استوانه‌ای کامپوزیتی مرتبه بالای تصحیح شده جدید با دوازده مؤلفه جابجایی توسعه داده شده است. در این تئوری، اثر عبارت‌های مربوط به شکل ذوزنقه‌ای مقطع پوسته (z/R + 1) در منتجه‌های تنش پوسته به طور دقیق محاسبه شده است. پس از افزودن انرژی کرنشی نظیر تنش‌های اولیه و انرژی کرنشی نظیر جلوگیری از چرخش جسم صلب به تابعی (فانکشنال) انرژی پوسته، بر اساس اصل هامیلتون، معادلات تعادل پوسته استوانه‌ای دو سر ساده استخراج شده‌اند. با استفاده از این معادلات، تحلیل‌ مقدار ویژه (ارتعاشات آزاد) انجام شده‌اند. اعتبارسنجی نتایج پژوهش حاضر با مقایسه با نتایج تئوری و تجربی سایر محقّقین و نتایج حاصل از نرم‌افزار ABAQUS صورت پذیرفته، تطابق خوبی حاصل شده است. نتایج نشان می‌دهند که هر چه اثر عبارت‌های (z/R + 1) دقیق تر به حساب آید، دقت محاسبه فرکانس‌های طبیعی افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

ارتعاشات آزاد

پوسته استوانه‌ای

سازه ساندویچی کامپوزیتی

کامپوزیت الیاف فلز

موضوعات

سازه‌/مکانیک جامدات/دینامیک جامدات/ارتعاشات/آئروالاستیسیته/...

عنوان مقاله English

Free vibration analysis of cylindrical sandwich shells with FML face and functionally graded core using a new shell theory

نویسندگان English

Ali Davar ¹

Mohsen Heydari Beni ²

Reza Azarafza ¹

Jafar Eskandari Jam ³

¹ Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.

² Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.

³ Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.

چکیده English

In this research, by improving the accuracy of existing high-order theories, a new corrected high-order composite cylindrical shell theory with twelve displacement components has been developed. In this theory, the effect of terms related to the trapezoidal shape of the shell cross-section (1+z/R) in the results of the shell stress has been accurately calculated. After adding the strain energy such as the initial stresses and the strain energy such as the prevention of the rotation of the rigid body to the shell energy functional, based on Hamilton's principle, the equilibrium equations of the cylindrical shell with two ends have been derived. By using these equations, eigenvalue analysis (free vibrations) have been performed. Validation of the results of the present research was done by comparing with the theoretical and experimental results of other researchers and the results of the ABAQUS software, and a good match has been achieved.

کلیدواژه‌ها English

Free vibrations

cylindrical shell

composite sandwich structure

FML

Sheinman, S. Greif, “Dynamic analysis of laminated shells of revolution”, Journal of Composite Materials, Vol. 18, pp. 200-215, 1984.
A. Jafari, S.M.R. Khalili, R. Azarafza, “Transient dynamic response of composite circular cylindrical shells under radial impulse load and axial compressive loads”, Thin-Walled Structures, Vol. 43, pp. 1763–1786, 2005.
رضا آذرافزا، " بهینه‌سازی وزنی و دینامیکی پوسته‌های استوانه‌ای کامپوزیتی چند‌لایه " ، رساله دکتری، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران، 1384.
M.R. Khalili, R. Azarafza, A. Davar, “Transient dynamic response of initially stressed composite circular cylindrical shells under radial impulse load”, Composite Structures, Vol. 89, pp. 275–284, 2009.
Setoodeh, M. Enferadi, “Effect of structural damping on dynamic response of laminated cylindrical shell subjected to low velocity impact”, 17^th Annual (International) Conference on Mechanical Engineering, Tehran Universiy, Tehran, Iran, Paper code: ISME-2009-1722, May 19-21 2009.
Rahmani, S.M.R. Khalili, K. Malekzadeh, “Free vibration response of composite sandwich cylindrical shell with flexible core”, Composite Structures, Vol. 92, pp. 1269-1281, 2010.
ارژنگ پی آ.، انصاری خلخالی ر.، درویزه م.، تحلیل ارتعاشات پوسته ی استوانه ای FGM با روش MLPG . مهندسی مکانیک مدرس، ج ۱۳ (۳) ص93 – 101، 1392.
زارعی م.، رحیمی غ.، تحلیل ارتعاشات آزاد پوسته های استوانه‌ای کامپوزیتی مشبک دوار، مهندسی مکانیک مدرس، ج ۱۶ (۹)، ص ۱7۵-۱8۵، 1395.
موسوی س. ع.، الهامی م. ر.، رحیمی م.، تحلیل دینامیکی و ارتعاشی پوسته استوانه‌ای کامپوزیتی با لایه‌های پیزوالکتریک، نشریه علمی مکانیک هوافضا، جلد 16 ،شماره 2 ، ص 15-25، 1399.
Zhao, M. Hooman, M. Yarigarravesh, M. Algarni, M.J.C. Opulencia, F. Alsaikhan, A.T. Jalil, A. Mohamed, K.M. AboRas, M.L. Rahman, and M.S. Sarjadi, “Vibration analysis of size dependent micro FML cylindrical shell reinforced by CNTs based on modified couple stress theory”, Arabian Journal of Chemistry, 15(10), p.104115. 2022.
W. Leissa, J. Chang, “Elastic deformation of thick, laminated composite shallow shells”, Composite Structures, Vol. 35, pp. 153-170, 1996.
Sanders, An improved first approximation theory of thin shells”, NASA TR-R24, 1959.
W. Leissa, “Vibration of shells, NASA SP-288, US Government Printing office”, Washington D.C., Reprinted by the Acoustical Society of America 1993, 1973.
Amabili, “A comparison of shell theories for large-amplitude vibrations of circular cylindrical shells: Lagrangian approach”, Journal of Sound and Vibration, Vol. 264, pp. 1091–1125, 2003.
K. Garg, R.K. Khare, T. Kant, Higher-order closed-form solutions for free vibration of laminated composite and sandwich shells”, Journal of Sandwich Structures and Materials, Vol. 8, pp. 205-235, 2006.
S. Lee, K.D. Lee, “On the dynamic response of laminated circular cylindrical shells under impulse loads”, Computers & Structures, Vol. 63, No. 1, pp. 149-157, 1997.
Meirovitch, Fundamentals of vibrations, McGraw-Hill, 2001.
A. Larson, “A novel method for characterizing the impact response of functionally graded plate”, Ph.D. Dissertation, Air Force Institute of Technology, Air University, Department of the Air Force, Ohio, USA, Sptember 2008.
Mori, K. Tanaka, “Average stress in matrix and average elastic energy of materials with misfitting inclusions”, Acta Metallurgica, Vol. 21, pp. 571-574, 1973.
H. Chi, Y.L. Chung, “Mechanical behavior of functionally graded material plates under transverse load—Part I: Analysis”, International Journal of Solids and Structures, Vol. 43, pp. 3657–3674, 2006.