بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، تحلیل کمانش و بهینهسازی تقویت کنندهها، در یک پوسته استوانهای مشبک کامپوزیتی میباشد. در این تحقیق، تحلیل کمانش، تحت بارگذاری هیدرواستاتیک خارجی با هدف بدست آوردن فشار بحرانی کمانش و همچنین دستیابی به آرایش و ابعاد بهینه برای تقویت کنندهها موردنظر میباشد.
روش به دست آوردن معادلات پوسته تقویت شده، روش انرژی و اصل مینیمم انرژی پتانسیل تحت تئوری تغییر شکلهای برشی مرتبه اول خطی میباشد. در تقویت پوسته استوانهای کامپوزیتی، تحت فشار هیدرواستاتیک خارجی، زاویه تقویت کنندههای مارپیچ نسبت به محور پوسته، ابعاد سطح مقطع ریبها و تعداد تقویت کنندهها مورد توجه قرار گرفتهاست. با مقایسه فشارکمانش بدست آمده، برای سازه با تقویت کنندهی مشبک و سازه بدون تقویت کننده، مشخص میشود که تقویت کردن پوسته با تقویت کنندههای مشبک عملکرد سازه را بهبود میبخشد.
.1 مقدمه
یکی از جدیدترین سازههایی، که در آنها از کامپوزیتهای با الیاف پیوسته استفاده میشود، سازههای مشبک میباشند. این سازهها با توجه به نحوه ساخت، درحین برخورداری از استحکام بالا، کمترین وزن ممکن را دارا میباشند. سازه مشبک کامپوزیتی، ساختاری از نوارهای کامپوزیتی تک جهته است، که به یکدیگر متصل شده و تشکیل یک مجموعه پیوسته را به صورت دوبعدی - صفحهای - و یا سه بعدی - فضایی - میدهند.
خاصیت این نوارهای کامپوزیتی که به صورت صلب به هم متصل شده اند، این است که از الیاف پیوسته، محکم و بسیار سفتی تشکیل شدهاند و این الیاف برای ساختارهای مشبک، خصوصیات ویژهای را به ارمغان آوردهاند. سازههای مشبک کامپوزیتی، به دلیل داشتن استحکام، نسبت وزنی کم، انعطاف پذیری در طراحی، سهولت در ساخت و قابلیت تحمل شرایط مختلف محیطی، قابلیت بیشتری نسبت به سازههای فلزی دارند. پوسته هایی که با ساختارهای شبکهای تقویت شدهاند، جایگزین مناسبی برای ورقهای کامپوزیتی، صفحات ساندویچی و یا صفحات فلزی توپر محسوب میشوند.
در سال 1999 ، توماس کیم مقاله ای درباره ساخت سیلندرهای مشبک کامپوزیت، - شکل - 1 با شبکه همسان ارائه داد، که در آن نحوه ساخت و آنالیز مقاومت کمانشی یک سیلندر تقویت شده با شبکه همسان مورد بررسی قرار گرفت. در این مقاله به بررسی اثراتی که یک نیروی فشاری عمودی بر روی کمانش پوسته و خرابی ریبها و پایداری کل سازه میگذارد، پرداخته شدهاست. در سال 2000 نیز، به جای سیلندر مشبک، صفحات مشبک کامپوزیتی - شکل - 2 با شبکه همسان را، در دستورکار خود قرار داد و مودهای مختلف کمانش، واماندگی ریبها، واماندگی پوسته و واماندگی کل سازه را مورد بررسی قرار داد
شکل :1 سیلندر مشبک کامپوزیتی
شکل:2 صفحه مشبک کامپوزیتی
در سال 2001 ، دامودار آمبور و ناوین جانکی به بهینهسازی یک سازه دوار با انحنای متغیر پرداختند، این سازه از یک پوسته و یک ساختار مشبک کامپوزیتی تشکیل شده بود. هدف از بهینهسازی، کاهش وزن در این سازه بود، که با تغییر در اندازه و فاصله ریب ها، این سازه کمترین وزن را داشته باشد و در عین حال، در برابر کمانشهای موضعی مقاومت لازم را داشته باشد
در سال 2001 اسلینچنکو و وریجنکو با پیشنهاد یک روش تحلیلی به بررسی و بهینهسازی یک سیلندر مشبک پرداختند. این روش تحلیلی- عددی ارائه شده با یک روش اجزاءمحدود نیز مقایسه شده است. در بررسی با روش اجزاءمحدود از نرم افزار استفاده شده است . [6] در سال 2002 ، دیوید بوشنل به بهینهسازی یک سیلندر مشبک، تحت فشار خارجی با استفاده از نرم افزار برای بهینهسازی و مینیمم کردن وزن سازههای کامپوزیتی که تحت بارهای صفحهای، ممان و فشار نرمال و حرارت قرار می گیرند، پرداخت
در سال 2003، ساموئل کیدان و همکاران کمانش یک سیلندر مشبک را بررسی کردند. در این پژوهش با استفاده از روش تحلیلی، آنالیز نیرو و آنالیز ممان، ماتریس سفتی معادل سازه را محاسبه نمودند. پس از آن با استفاده از روش انرژی ریتز و روابط جابجایی بر حسب سری فوریه، با مینیمم کردن انرژی پتانسیل، مقدار نیروی کمانش را بدست آوردند.
در پایان با استفاده از آزمون فشار محوری، نتایج هر دو روش را با هم مقایسه کردند . [8 ] در سال 2003، آیاسو ودسنبت و همکاران کمانش یک پوسته استوانه ای مشبک را با استفاده از روش توسعهیافته معادل سازی، پوسته بررسی کردند. در این روش معادلات بر مبنای صفحهمیانی پوسته، ارائه گردید و از روش کمینه کردن انرژی پتانسیلکل، بار کمانش پوسته معادل، محاسبه گردید. میزان درصد اثر سفتی تقویت کننده ها در سفتی کل سازه، با استفاده از اثر نیرو و ممان تقویت کننده ها بر روی یک سلول واحد و انتگرال گیری بر روی کل سازه محاسبه گردید. علاوه بر آن نتایج مدل سازی سه بعدی در نرم افزار المان محدود و آزمایش نمونه ساخته شده نیز مقایسه شدند.
با مقایسه نتایج بدست آمده، از این سه روش نشان داد، که مدل تحلیلی بر مبنای روش توسعه یافته معادل سازی، بسیار کارآمد است و قابلیت استفاده برای پیشبینی بار کمانش عمومی با دقت بالا را برای سازه دارا می باشد
در سال 2008 ژن و همکاران مقالهای را انتشار دادند که در آن به معرفی دو ساختار جدید مشبک پرداخته و خواص مکانیکی این دو ساختار را محاسبه کردهبودند. این دو ساختار ترکیبی از ساختارهای شناخته شده بودند. همچنین آنها خواص به دست آمده برای ساختارهای معرفی شده را با روش اجزاءمحدود اعتبارسنجی کردند .
با مطالعه و بررسی تحقیقاتی که در حوزه سازههای مشبک کامپوزیتی ارائه شده است این نتیجه حاصل میگردد که تا کنون تحقیقی در مورد تحلیل سازههای مشبک کامپوزیتی، تحت فشار هیدرواستاتیک جانبی ارائه نشده است. در این تحقیق نحوه بارگذاری سازه، فشار هیدرواستاتیک جانبی - به صورت خارجی - در نظر گرفته شده، تا کمانش سازه تحت این بارگذاری بررسی شود. با توجه به اینکه، بیشتر سازه هایی که به صورت تحلیلی مورد بررسی قرار گرفته اند دارای الگوهای همشکل می باشند، در این تحقیق، ساختار سازههای مشبک به صورت غیر هم شکل و با الگوی ترکیبی شش ضلعی – مثلث درنظر گرفته شده است.
.2 فرضیات حاکم بر کمانش پوستههای مشبک کامپوزیتی
شکل - 3 - پوسته استوانهای را نشان میدهد که توسط تقویت کنندههای مشبک، تقویت شدهاست. این پوسته دارای طول L ، ضخامت t و قطر D میباشد. پوسته نازک و به صورت یک چند لایه کامپوزیتی در نظرگرفته شده است.
شکل:3 پوسته استوانهای مشبک
