تحلیل کمانش و پس‌کمانش کامپوزیت‌های لایه‌ای حاوی فیبر آلیاژهای حافظه‌دار با استفاده از روش نوار محدود

نصیری, سعید; اویسی, حمید رضا

doi:10.22034/jtae.2026.10.3.5

تحلیل کمانش و پس‌کمانش کامپوزیت‌های لایه‌ای حاوی فیبر آلیاژهای حافظه‌دار با استفاده از روش نوار محدود

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

سعید نصیری ¹

حمید رضا اویسی ²

¹ کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

² استادیار، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

10.22034/jtae.2026.10.3.5

چکیده

با استفاده از روش نوارمحدود نیمه‌تحلیلی، کمانش و پس‌کمانش صفحات کامپوزیتی لایه‌ای تقویت شده با آلیاژهای حافظه‌دار که تحت بارگذاری حرارتی یکنواخت قرار دارند، بررسی می‌شود. هدف اصلی بررسی تاثیر قرارگیری الیاف حافظه‌دار در رفتار صفحه می‌باشد. در روش نوارمحدود به‌دلیل اعمال توابع مثلثاتی میتوان انتگرال انرژی را به‌صورت تحلیلی محاسبه کرد. تئوری تغییر شکل جابه‌جایی زیگ-زاگ لایروایز همراه با روابط سازگاری غیرخطی فون کارمن اجرا شده است. روش حل بر اساس به حداقل رساندن انرژی پتانسیل کل و حل مسئله مقدار ویژه یا مجموعه‌ای از معادلات غیرخطی با استفاده از روش نیوتن-رافسون تکراری-افزایشی است. با استفاده از مدل برینسون ساده شده یک بعدی، تأثیر الیاف حافظهدار (اثرات پیشکرنش در نسبتهای حجمی مختلف) بر کمانش و پسکمانش صفحات کامپوزیتی مورد بررسی قرار می‌گیرد. با استناد به کارهای دیگران و مطالعات پیشین روش نوار محدود به درستی اعمال گردیده است و نتایج مهمی به‌دست آمدهاست.

کلیدواژه‌ها

کمانش و پس کمانش

صفحات کامپوزیتی

آلیاژهای حافظه‌دار

روش نوارمحدود

تئوری جابجایی زیگ-زاگ

عنوان مقاله English

Analysis of Buckli ng and Postbuckling of Laminated Composites Embedded with Shape Memory Alloy Fibers Using the Finite Strip Method

نویسندگان English

saeid Nasiri ¹

Hamid Reza Ovesy ²

¹ Faculty of Aeorsopace Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran

² Faculty of Aeorsopace Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran

چکیده English

Using the semi-analytical finite strip method, this study investigates the buckling and postbuckling behavior of laminated composite plates embedded with shape memory alloy (SMA) fibers under uniform thermal loading. The primary objective is to examine the influence of SMA fiber placement on the structural response of the plate. The finite strip method employs trigonometric functions, allowing the energy integral to be evaluated analytically. The zig-zag displacement deformation theory, based on Reddy’s layerwise approach, is implemented in conjunction with the nonlinear von Kármán compatibility relations. The solution methodology relies on minimizing the total potential energy and solving either an eigenvalue problem or a system of nonlinear equations using the incremental-iterative Newton–Raphson method. By adopting a simplified one-dimensional Brinson model, the effects of SMA fibers including pre-strain at various volume fractions on the buckling and postbuckling behavior of composite plates are thoroughly analyzed. Drawing on previous research and existing literature, the finite strip method is applied accurately, and significant findings are obtained.

کلیدواژه‌ها English

Buckling and post-buckling

laminated composite

plates

shape memory alloys

finite strip method

zig-zag displacement theory

[1] D. I. Arun, P. Chakravarthy, R. A. Kumar, and B. Santhosh, Shape Memory Materials. 1^st ed. Boca Raton: Taylor & Francis Group Logo, 2018, https://doi.org/10.1201/9781351119948.

[2] M. Balasubramanian, R. Srimath, L. Vignesh and S. Rajesh, "Application of shape memory alloys in engineering – A review," Journal of Physics: Conference Series, vol. 2054, 2021, https://doi.org/10.1088/1742-6596/2054/1/012078.

[3] N. Fanaei and S. M. Seyedan, Shape Memory Alloys from Theory to Application, Tehran, Iran: K. N. Toosi University of Technology, 2024, (in Persian), https://press.kntu.ac.ir/book_398025.html

[4] H. Asadi, E. Mehdi, and Q. Wang, "Nonlinear thermal stability of geometrically imperfect shape memory alloy hybrid laminated composite plates," Smart Materials and Structures, vol. 23, no. 7, 2014, Art. no. 075012, https://doi.org/10.1088/0964-1726/23/7/075012.

[5] L. C. Shiau, S. Y. Kuo, and S. Y. Chang, "Postbuckling of shape memory alloy reinforced cross-ply and angle-ply laminated plates," Journal of Mechanics, vol. 27, no. 4, pp. 559 - 566, 2011, https://doi.org/10.1017/jmech.2011.58.

[6] M. Z. Kabir and B. Tavousi Tehrani, "Closed-form solution for thermal, mechanical, and thermo-mechanical buckling and post-buckling of SMA composite plates," Composite Structures, vol. 168, pp. 535-548, 2017, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2017.02.046.

[7] C. N. Kumar and B. N. Singh, "Thermal buckling and post-buckling of laminated composite plates with SMA fibers using layerwise theory," International Journal for Computational Methods in Engineering Science and Mechanics, vol. 10, no. 6, pp. 423-429, 2009, https://doi.org/10.1080/15502280903108024.

[8] C. Shao, D. Cao, Y. Xu, and H. Zhao, "Flutter and thermal buckling analysis for composite laminated panel embedded with shape memory alloy wires in supersonic flow," International Journal of Aerospace Engineering, vol. 2016, no. 1, 2016, Art. no. 8562716, https://doi.org/10.1155/2016/8562716.

[9] L. C. Brinson, "one-dimensional constitutive behavior of shape memory alloys: thermomechanical derivation with non-constant material functions and redefined Martensite internal variable," Journal of Intelligent Material Systems and Structures, vol. 4, no. 2, pp. 229-242, 1993, https://doi.org/10.1177/1045389X9300400213.

[10] C. Liang, The constitutive modeling of shape memory alloys, Ph.D. dissertations, Virginia Polytechnic Institute and State University, 1990, http://hdl.handle.net/10919/39218

[11] A. J. Zak, M. P. Cartmell, W. M. Ostachowicz, and M. Wiercigroch, "One-dimensional shape memory alloy models for use with reinforced composite structures," Smart Materials and Structures, vol. 12, no. 3, 2003, Art. no. 338, https://doi.org/10.1088/0964-1726/12/3/304.

[12] F. Auricchio and E. Sacco, "A one-dimensional model for superelastic shape-memory alloys with different elastic properties between austenite and martensite," International Journal of Non-Linear Mechanics, vol. 32, no. 6, pp. 1101-1114, 1997, https://doi.org/10.1016/S0020-7462(96)00130-8.

[13] J. H. Roh, I. OH, S. M. Yang, J. H. Han, and I. Lee, "Thermal post-buckling analysis of shape memory alloy hybrid composite shell panels," Smart Materials and Structures, vol. 13, no. 6, 2004, Art. no. 1337, https://doi.org/10.1088/0964-1726/13/6/006.

[14] H. J. Lee and J. J. Lee, "A numerical analysis of the buckling and postbuckling behavior of laminated composite shells with embedded shape memory alloy wire actuators," Smart Materials and Structures, vol. 9, no. 6, 2009, Art. no. 780, https://doi.org/10.1088/0964-1726/9/6/307.

[15] A. J. Ferreira, C. M. C. Roque, R. M. N. Jorge, and E. J. Kansa, "Static deformations and vibration analysis of composite and sandwich plates using a layerwise theory and multiquadrics discretizations," Engineering Analysis with Boundary Elements, vol. 29, no. 12, pp. 1104-1114, 2005, https://doi.org/10.1016/j.enganabound.2005.07.004.

[16] H. R. Ovesy, S. A. M. Ghannadpour, and G. Morada, "Geometric non-linear analysis of composite laminated plates with initial imperfection under end shortening, using two versions of finite strip method," Composite Structures, vol. 71, no. 3-4, pp. 307-314, 2005, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2005.09.030.