بخشی از مقاله
چکیده
سازه های کامپوزیتی به دلیل نسبت مقاومت و سفتی بالا به وزن کم به صورت گسترده ای در صنایع هوا- فضا مورد استفاده قرار می گیرند .شبکهی ریبهای تقویت شده ویژگی اصلی در این ساختار ها است و رشتهپیچی به عنوان راحتترین و مناسبترین روش ساخت این سازهها بکار گرفته میشود .این سازهها به واسطه نیازهای عملیاتی و یا اشکالات بوجود آمده دارای گشودگی و یا نواقص هستند.
با توجه به اهمیت موضوع، در این مقاله رفتار الاستیک و کمانشی این سازهها در دو حالت سازه کامپوزیتی سالم و دارای نقص مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. هدف این تحقیق، بررسی اثرات بریدگی ایجاد شده در ریب و پوسته خارجی بر توزیع میدان تنش و رفتار کمانشی سازههای مشبک کامپوزیتی استوانهای است.
آنالیز المان محدود به صورت 3 بعدی با استفاده از مدل صریح در نرمافزار Ansys انجام پذیرفته است و مدل اجزاء محدود به کمک نتایج آزمایشگاهی اعتبارسنجی شده است. سپس از داده های بدست امده از مدل اجزاء محدود به منظور تحلیل شرایط مختلف، تاثیر پارامترهایی از قبیل شکل گشودگی، ضخامت وتعداد ریب و همچنین ضخامت پوسته در توزیع میدان تنش و نیز بار کمانشی پوسته مورد بررسی قرار گرفته است.
-1 مقدمه
پوستههای استوانهای مشبک کامپوزیتی بواسطه دارا بودن ویژگیهایی همچون استحکام ویژه بالا، سبکی و مقاومت به خوردگی، امروزه بطور وسیعی در صنایع هوافضا و دریایی مورد استفاده قرار میگیرند. لازم به ذکر است که استحکام و مدول ویژه بالای این کامپوزیتها تنها در جهت الیاف بوده و بنابراین بیشترین میزان تحمل بار در این جهت می باشد.
در این سازه ها عموما بررسی کمانش تحت بارگذاری های مختلف و بدست آوردن بار فروریزش در طراحی و ساخت آنها بیشتر مورد توجه قرار دارد و مقالات متعددی در زمینه ی تحلیل کمانش و پس کمانش استوانههای کامپوزیتی بدون نقص و بارگذاری های ساده ارائه شده اند که در ادامه به طور مختصر بیان شده اند. وازیلیف و رازین 1] [ضمن بررسی مسألهی طراحی سازههای مشبک کامپوزیتی، موضوع ساخت و مراحل عملیاتی و کاربردهای این سازه ها در صنعت هوافضا، پارامترهای هندسی مدل و همچنین روشهای اساسی توسعهی مدل برای فشار محوری را مورد تحلیل قرار دادند.
تفرشی [2] گشودگی در یک پوسته استوانهای کامپوزیتی بدون تقویت کننده تحت بار محوری فشاری و فشار داخلی را تحقیق کرد.
وازیلیف و همکاران [3] به بررسی فرایندهای طراحی ، ساخت ، آزمایش و تحلیل سازههای کامپوزیتی مشبک کربن- اپوکسی که از روش رشته پیچی پیوسته ساخته شدهاند، پرداخته اند.
یزدانی و رحیمی [4] به بررسی تجربی اثرات تغییر شکل شبکه و تعداد ریبهای تقویت کنندهی مارپیچ در تحمل بار پوسته-های استوانهای تقویت شدهی تمام کامپوزیتی پرداختند.
موروزو و همکاران[5] مدلسازی اجزای محدود و تحلیل کمانشی پوستههای کامپوزیتی مشبک را مورد توجه قرار داده و بارها و مدهای کمانشی پوسته بیرونی سالم و دارای گشودگی را تحت شرایط بارگذاری و هندسی مختلف مورد مقایسه قرار دادهاند. وازیلیف و همکاران [6] مسأله پیشرفتها و کاربردهای سازهی مشبک کامپوزیتی را در صنعت هوافضا مورد مطالعه قرار دادند.
لاپتین و همکاران [7] خمش پوسته مشبک کامپوزیتی استوانه ای یکسرگیردار که به انتهای آزاد آن یک دیسک صلب متصل شده را مورد تحلیل قرار دادند.آن ها بر مبنای تئوری غشایی پوسته های استوانه ای متعامد یک مدل تحلیلی ارائه کردند. با استفاده از فرمولاسیون بدست آمده توانستند جایجایی دیسک و سفتی خمشی سازه را تحت بار عرضی محاسبه کنند. همچنین در تحقیقی دیگر لاپتین و همکاران [8] تحلیل ارتعاش آزاد همین پوسته یکسرگیردار را مورد بررسی قرار دادهاند. آن ها با استفاده از تئوری شبه غشایی پوسته های استوانه ای متعامد، معادلات حاکم بر حرکت را بدست آوردهاند.
صادق یزدی و همکاران [9] پارامترهای هندسی بهینه پوسته های کامپوزیتی مشبک استوانه ای را مورد مطالعه قرار داده-اند. آن ها با استفاده از نتایج آزمایشگاهی، مدل المان محدود خود را اعتبارسنجی کردند و در نهایت با استفاده از مدل المان محدود متعبر، اطلاعات مورد نیاز برای فرایند بهینه سازی را ایجاد کرده اند.
در این تحقیق نویسندگان قصد دارند تا پدیده کمانش در پوسته های کامپوزیتی مشبک استوانه ای که دارای گشودگی در پوسته بیرونی و تقویت کننده آن می باشند مورد بررسی قرار دهند. همچنین در این تحقیق می توان تأثیر پارامترهای دیگری نظیر ضخامت پوسته بیرونی، تعداد و ضخامت تقویت کننده ها را بر روی سازه های کامپوزیتی مشبک دارای عیب بررسی کرد.
-2 تعریف مسئله
یک سازه کامپوزیتی مشبک را میتوان با قرارگیری ریب-های کامپوزیتی متصل به یکدیگر که یک مجموعه پیوسته را به صورت دو بعدی - صفحهای - یا سه بعدی - فضایی - تشکیل میدهند، در نظر گرفت. این مجموعه از ریبها که فرم شبکهای را به سازه میدهند از الیاف پیوسته، چقرمه، سفت و محکم تشکیل شده اند.
