22459

تحليل تئوري و تجربي كمانش و ارتعاشات آزاد پوسته‌هاي كامپوزيتي مخروطي متصل به هم بر اساس روش FSDT

دكتري

طراحي كاربردي

1392

1398/7/8

دكتر شاهرخ حسيني هاشمي - دكتر حبيب نژاد كورايم

مكانيك

‌در اين رساله به صورت جامع و از سه منظر تئوري، عددي و تجربي به تحليل‌ كمانش و ارتعاشات آزاد پوسته‌هاي مخروطي كامپوزيتي متصل به هم پرداخته مي‌شود. بر همين اساس، كليه تحليل‌هاي تئوري بر اساس فرضيات تئوري مرتبه اول برشي مي‌باشد. معادلات حاكم با كمك اصل هميلتن و نتايج تحليل تئوري نيز از طريق حل تحليلي سريهاي تواني و با كمك روش جداسازي متغيرها استخراج مي‌شوند. شرايط مرزي در انتهاي دو پوسته متصل به هم و شرايط پيوستگي در محل اتصال دو پوسته نيز با كمك روابط انرژي استخراج و اعمال مي‌شوند. به عنوان اعتبار سنجي نتايج، با استناد به نتايج تحقيقات ديگران، حالت خاص زاوياي رأس مخروط يكسان در تحليل حاضر با حالت يك مخروط تكي در ديگر مقالات مقايسه مي‌شود. همچنين به عنوان نتايج مقايسه‌اي، نتايج حاصل با نتايج روش اجزاي محدود كه به كمك نرم افزار ABAQUS/CAE استخراج شده قياس مي‌شوند. صحت‌سنجي نتايج نيز از طريق آناليز مودال تجربي و تست كمانش انجام ميگيرد. به جهت انجام آناليز مودال تجربي، چهار نمونه پوسته متصل به هم با روش ساخت ارائه شده در اين رساله و با جنس شيشه/ اپوكسي تهيه مي‌گردد. همچنين با كمك روش‌هاي اندازه‌گيري پاسخ فركانسي، استخراج داده‌ها و تخمين پارامترهاي مودال، نتايج تجربي مودال حاصل مي‌شود. به جهت انجام تست تجربي كمانش، چهار نمونه پوسته متصل به هم با چيدمان صليبي و چهار نمونه با چيدمان زاويه دار ساخته مي‌شود. در نهايت با انجام تست كمانش بار محوري بر روي نمونه‌ها به كمك دستگاه تست يونيورسال، نتايج تجربي استخراج شده و با استفاده از آن صحت‌سنجي نتايج تئوري حاضر نيز انجام مي‌گيرد. پارامترهاي مسأله شامل زاويه رأس مخروط، طول، قطر، ضخامت، خواص مواد لايه كامپوزيتي و زاويه چيدمان الياف مي‌باشند كه تأثير همگي آنها بر روي بار بحراني كمانش و فركانس طبيعي سازه بررسي مي‌شود. نتايج تست مودال تجربي با تئوري حاضر و روش اجزاي محدود درصد خطايي حداكثر حدود 19 درصد دارد. از سوي ديگر بار بحراني كمانش بدست آمده از تست تجربي حداكثر 77/11 درصد با تئوري حاضر و 33/9 درصد با روش اجزاي محدود اختلاف نشان مي‌دهد

1399/06/25

Theoretical and experimental analysis on buckling and free vibration of joined composite conical shells using FSDT

9/30/2021 12:00:00 AM

In this thesis, the buckling and free vibration analyses of two joined laminated conical shells are investigated based on theoretical, numerical and experimental views. Governing equations have been derived using Hamilton’s Principle and First order Shear Deformation Theorem (FSDT). The analytical solutions are obtained in the form of Power Series based on Separation of Variables Method. The Boundary Conditions (BC) at both ends of the joined shells and the Continuity Conditions (CC), at the conical shells contact, are extracted from energy formulations. As a verification of result, according to other researches, the result of a single conical shell are compared with two joined conical shells with the same semi-vertex angles. As a comparing result, present theoretical results are extracted using Finite Element Method (FEM). Of course, the results are validated by experimental modal analysis and buckling test. For experimental modal analysis, four samples of joined glass/epoxy shells are prepared using manufacturing method presented in this thesis. Also, the experimental results are achieved using methods of frequency response measurement, data acquisition and modal parameters estimation. For experimental buckling test, four samples of joined cross-ply and four samples of angle-ply shells are prepared. Finally, experimental buckling test under axial compression is done using universal buckling test machine. Present results are validated with experimental results. The effects of semi vertex angles, circumferential modes, number of layers, thicknesses, lengths, composite material properties and fiber angles of shells on critical buckling load and natural frequencies are considered. The modal results show a maximum 19% differences between experimental and theoretical results. On the other hand, there are a maximum 11.77% differences between experimental and theoretical critical buckling loads. Also, the experimental and FEM results of buckling analysis illustrate a maximum 9.33% differences