27047

تحليل ارتعاشات و پايداري غيرخطي ميكرولوله¬هاي ساندويچي داراي هسته الاستومر مگنتورئولوژيكال بر اساس تئوري گراديان كرنش

دكتري تخصصي

مهندسي مكانيك

1395

1401/04/28

دكتر روح الله طالبي توتي

مكانيك

با توجه به اهميت مضاعف بهبود مشخصه¬هاي ارتعاشي و ديناميكي سازه¬هاي ساندويچي، در اين رساله از موادي بهره¬گيري شده است كه بيشترين قدرت مانور را بتوان روي سفتي سازه داشت. اين مواد داراي مزيت¬هايي نسبت به ساير مواد هوشمند مرسوم مي¬باشند. شكنندگي آنها نسبت به مواد پيزوالكتريك كم¬تر بوده و جابجايي¬هاي بزرگ را تحمل مي¬كنند. با استفاده از اين مواد به عنوان هسته ساختار ساندويچي و با اعمال ميدان مغناطيسي دلخواه خارجي، مي¬توان سفتي و پايداري دلخواه را از سازه برداشت كرد در حالي كه تغيير قابل توجهي در ابعاد و وزن سازه كه در طراحي¬هاي مهندسي اهميت ويژه¬اي دارد، وجود نخواهد داشت. در اين پژوهش، سازه¬هاي ساندويچي به شكل پوسته استوانه¬اي مورد توجه واقع شده است. اين بدان دليل است كه اكثر پژوهش¬هاي صورت گرفته درباره سازه¬هاي ساندويچي داراي هسته الاستومر مگنتورئولوژيكال، بر روي تير و صفحه متمركز شده¬اند. در حالي كه سازه¬هاي به شكل پوسته استوانه¬اي كاربرد¬هاي زيادي از جمله در انتقال سيال دارند. در اين پژوهش، تحليل رفتار پايداري و ارتعاشات غيرخطي اجباري ميكرو¬لوله¬هاي ساندويچي با هسته الاستومر مگنتورئولوژيكال مورد بررسي قرار خواهد گرفت. مدلسازي رياضي ميكرولوله ساندويچي در نظر گرفته شده، با در نظر گرفتن تئوري تير اويلر-برنولي در كنار اثرات غيرخطي وون-كارمن و تئوري كوپل تنش اصلاح شده انجام مي¬شود. همچنين يك فرمولبندي جامع وابسته به اندازه براي ميكروپوسته¬هاي ساندويچي داراي هسته الاستومر مگنتورئولوژيكال، بر اساس تئوري پوسته كلاسيك دانل و تئوري گراديان كرنش اصلاح شده با در نظر گرفتن اثرات غيرخطي وون-كارمن ارائه مي¬شود. لازم به ذكر است كه اين مدلسازي جامع براي اولين بار ارائه شده و به راحتي قابل كاهش به مدل¬هاي ساده¬تر مي¬باشد. براي حل و بررسي ارتعاشات آزاد و پايداري سيستم، از روش¬هاي حل عددي مثل روش مربعات ديفرانسيلي استفاده خواهد شد. همچنين، براي آناليز ديناميك اجباري غيرخطي سيستم، در ابتدا از روش گلركين براي گسسته¬سازي معادلات جزئي حاكم استفاده خواهد شد. سپس، با استفاده از روش كاهش استاتيكي، تعداد معادلات معمولي وابسته به زمان حاكم كاهش يافته و روش تحليلي مقياس¬هاي زماني چندگانه براي حل معادلات غيرخطي بدست آمده و بدست آوردن پاسخ ديناميكي سيستم استفاده خواهد شد. سرانجام به صورت جزئي و مفصل به تحليل عددي پاسخ ارتعاشي، ناپايداري¬هاي سيستم و پاسخ ديناميك غيرخطي اجباري سيستم ساندويچي پرداخته خواهد شد. به طوري كه اثر پارامتر¬هاي مختلف درگير در مساله به خصوص پارامتر¬هاي مربوط به لايه مياني هوشمند بر پايداري و پاسخ ديناميكي سيستم بررسي خواهد شد. اين پارامترها شامل سرعت جريان سيال، پارامتر وابسته به اندازه، ميدان مغناطيسي اعمالي به هسته الاستومر مگنتورئولوژيكال و ضخامت هسته الاستومر مگنتورئولوژيكال مي¬باشد. تحليل انجام شده و نتايج بدست آمده نشان مي¬دهد كه استفاده از الاستومر مگنتورئولوژيكال در ساختار ميكرولوله/ميكروپوسته¬هاي ساندويچي مي¬تواند نقش به سزايي در بهبود مشخصه¬هاي ارتعاشي و پايداري آزاد و مشخصه¬هاي ديناميك غيرخطي اجباري سيستم ايفا كند. بنابراين، شايد استفاده از چنين لايه¬هاي هوشمندي در سازه¬هاي ساندويچي مشابه منجر به طراحي¬هاي بهينه، انطباق¬پذير و قابل¬كنترل شود.

1401/07/04

On nonlinear vibrations and stability of sandwich magnetorheological elastomer (MRE)-cored microtubes based on the strain gradient theory

7/19/2023 12:00:00 AM

According to the importance of vibrational and dynamic characteristics improvement of the sandwich structures, magnetorheological elastomers (MREs) are considered in this research. These materials exhibit some superior properties such as being less fragile compared to piezoelectrics and sustaining large deformations. Throughout utilizing MREs as a core in sandwich structures, it is possible to achieve appropriate stiffness and stability of the systems, without any considerable change in the dimensions or weight of the structure. Despite the numerous conducted research on the MRE-cored structures, most of them have focused on the beam- or plate-type structures. Hence, in this research, MRE-cored cylindrical shells which find tremendous applications such as drug delivery have been taken into account. In this research, vibrational and stability behavior and forced nonlinear dynamics of MRE-cored sandwich microtubes have been investigated. A mathematical formulation is conducted using the Euler-Bernoulli theory with consideration of von-Karman nonlinearity and modified couple stress theory (MCST). Furthermore, Donnell’s classic shell theory considering von-Karman nonlinearity and modified strain gradient theory (MSGT) are utilized to present a comprehensive size-dependent modeling for MRE-cored sandwich microshells. This detailed modeling is developed as a first attempt and encompasses all the reduced models. For forced nonlinear dynamic analysis, Galerkin method is employed to discretize the partial governing equations. Then, static condensation method is hired to reduce the number of the obtained time-dependent ordinary equations. Thereafter, in order to attain the dynamic response of the system, the acquired equations are analytically solved via multiple time scales method. Finally, a detailed and comprehensive numerical examination is implemented to explore the vibrational behavior, instabilities and forced nonlinear dynamic response of the sandwich system. Throughout the numerical analysis, the effects of various involved parameters such as flow velocity, size-dependent parameter, magnetic intensity and MRE core thickness are investigated. The research and the related results reveal that the utilization of MRE in the microtube / microshell construction plays an important role to improve the vibrational, stability and forced dynamics properties of such structures. Therefore, utilizing the MREs in the sandwich structures may lead to efficient, adaptable and controllable designs.

ميكروپوسته ساندويچي , الاستومر مگنتورئولوژيكال , ميدان مغناطيسي , فركانس تحريك , پاسخ فركانسي , ناپايداري

Sandwich microshell , magnetorheological elastomer (MRE) , magnetic field , excitation frequency , frequency-response , instability

Ahad Amiri

Dr. Roohollah Talebitooti