بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله رفتار خمشی پوسته مرکب تقویت شده با پارچه الیاف شیشهای تکجهته با استفاده از روش المان محدود مورد بررسی قرار گرفت. بدین مظور از تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول استفاده شد و معادلات حاکم به کمک اصل مینیمم انرژی پتانسیل به دست آمد. همچنین برای شبیه سازی پوسته کروی، جهت گیری الیاف در لمینیت با استفاده از روابط هندسی بررسی شد و رابطه ای برای آن بدست آمد.با انجام تست کشش خواص مکانیکی مواد به کار رفته اندازه گیری شد که از نتایج آن در شبیه سازی عددی استفاده شده است. برای اعتبار سنجی شبیه سازی انجام شده، علاوه بر مقایسه نتایج با نتایج به دست آمده از نرم افزار ABAQUS، نمونه پوسته کروی مرکب ساخته شد و تحت بار متمرکز با شرایط مرزی گیر دار مورد آزمایش قرار گرفت. مقایسه انجام گرفته نشان داد میان نتایج شبیهسازی عددی و اندازهگیری تجربی، تا قبل از ایجاد ترکهای بزرگ در پوسته، تطابق خوبی وجود دارد.
مقدمه
امروزه از پوستههای کامپوزیتی به دلیل استحکام مناسب و مقاومت ویژه بالا به طور گسترده در زمینه های مختلف از جمله در هوا فضا، صنایع دریایی و خودروسازی استفاده میشود. از این رو در سالهای اخیر توسعه مدلسازی این قطعات به منظور پیش بینی رفتار مکانیکی به طوری که دقت خوبی با مدل فیزیکی داشته باشد، مورد توجه قرارگرفته است. همچنین از پوستههای کروی در سازههای زیادی مانند فضاپیماها، مخازن تحت فشار، دیشهای خورشیدی و زیر دریاییها استفاده میشود که تحت بارهای استاتیکی و دینامیکی مختلفی قرار میگیرند. از این رو دانستن خواص مکانیکی قطاع پوسته کروی مرکب از اهمیت بالایی برخوردار میباشد. تا کنون تحقیقات گستردهای درباره رفتار پوسته های کروی انجام شده است[1-3.]
پوستههای کروی مرکب چندلایه معمولا به روش رشتهپیچی ساخته میشوند. در این روش الیاف از قبل برروی قرقره پیچیده شده است و با چرخش قالب و حرکت قرقره، الیاف برروی قالب پیچیده میشود. در این حالت الیاف در هر لایه در راستای محیطی بوده و یا دارای یک زاویه ثابت با محور محیطی در تمام سطح کره می باشد. تا کنون تحقیقات گوناگونی در موردی پوستههای کروی مرکب چند لایه که با این روش ساخته میشوند انجام شده است. ردی و همکارانش [4] مطالعاتی را بر روی خمش پوستههای مرکب چند لایه انجام دادند. فریرا و همکارانش [5] روشی را برای خمش و ارتعاشات آزاد پوسته کروی مرکب ،تحت توزیع بار سینوسی ارائه کردند . سایرام [6,7] خمش پوستههای کروی چند لایه با سوراخ میانی و بدون آن را بررسی کرد. کادلی [ 8]کمانش حرارتی پوسته نیمکروی مرکب دارای سوراخ میانی را با استفاده از تئوری تغیر شکل برشی مرتبه اول مورد بررسی قرار داد. کو و همکارانش [9]تاثیر اندازه زاویه دهانه را بر ارتعاشات آزاد پوسته کروی مرکب به کمک تئوری برشی مرتبه اول مورد مطالعه قرار دادند. مانتاری و همکارانش[ 10]رفتار استاتیکی و دینامیکی ورق های ساندویچی و پوسته های مرکب را مورد مطاعه قرار دادند.
با این حال ساخت پوستههای کروی مرکب با استفاده از روش های دیگر مانند لایهچینی دستی و یا تزریق رزین در قالب - RTM - امکان پذیر است. در این حالت برای ساخت لینیت مورد نظر از پارچههای الیاف بافته شده استفاده می شود . همچنین در این حالت نحوه جهتگیری الیاف در لمینیت متفاوت با نمونه ساخته شده به روش رشتهپیچی بوده و زاویه الیاف با محورهای مختصات در تمام سطح کره ثابت نمیباشد در این مقاله پوستهای که این گونه تولید میشود ،به روش اجزا محدود مورد بررسی قرار گرفت. برای این کار ابتدا نحوه جهتگیری الیاف در لمینیت بررسی شده است. همچنین با استفاده از تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول و به کمک روش مینیمم انرژی پتانسیل، ماتریسهای نیرو و سختی محاسبه شد. در نهایت برای اطمنیان از صحت شبیهسازی انجام شده، نتایج به دست آمده یک بار با نتایج حاصل از نرم افزار ABAQUS و یک بار با نتایج جاصل از اندازه گیری تجربی مقایسه شد که در هر دو مورد مطابقت خوبی میان نتایج مشاهده شده است.
با در نظر گرفتن R و R 0 مساوی با R و - R sin - هندسه پوسته کروی حاصل می شود که R شعاع انحنای کره می باشد. جهت گیری الیاف در پوسته نسبت به محور های مختصات:
در پوستههای مرکب چند لایه، نحوه جهتگیری الیاف تاثیر زیادی در رفتار آن دارد. در پوسته کروی مرکب که با استفاده از پارچه الیاف تک جهته به روش دستی ساخته می شود جهت گیری الیاف در هر لایه از پوسته مطابق شکل - 2 - می باشد. در این حالت درباره جهت گیری الیاف - - e f می توان به دو مورد اشاره کرد:
-1 e f مماس بر سطح کره قرار دارد.
