جلسه دفاع از رساله: آقای داود شاهقلیان قهفرخی، گروه آموزشی طراحی کاربردی
 خلاصه خبر: تحلیل رفتارکمانشی پوسته های استوانه ای کامپوزیتی ساندویچی با هسته مشبک
چکیده:پوسته¬های استوانه¬ای کامپوزیت ساندویچی به دلیل داشتن استحکام به وزن بالا، مقاومت به ضربه و خوردگی بالا، پایداری بالا و داشتن قابلیت انعطاف بالا در طراحی، در سال¬های اخیر بیش از پیش مورد توجه محققین و صنعتگران قرار گرفته¬اند. یکی از مهم¬ترین این نوع از سازه¬ها، پوسته¬های ساندویچی با هسته¬ی مشبک می¬باشد. این پوسته¬ها از دو رویه¬ی بیرونی و داخلی که توسط یک هسته¬ی مشبک به یکدیگر متصل می¬شوند، ساخته می¬شوند. این سازه به¬دلیل مقاومت بالا در برابر خرابی و تغییر مسیر تخریب در اطراف نقاط آسیب¬دیده، یکی از کاراترین نوع سازه¬های ساندویچی می¬باشد که دارای کاربردهای بسیار زیادی در صنایع هوایی، نظامی و دریایی می¬باشد. نظر به اینکه پوسته¬های استوانه¬ای کامپوزیت ساندویچی نازک می¬باشند و عموماً تحت فشار بسیار زیادی قرار می¬گیرند، تحلیل کمانشی این نوع سازه دارای اهمیت بسیار زیادی در طراحی می¬باشد. بنابراین با توجه به اهمیت موضوع، هدف تحقیق حاضر بررسی رفتار کمانشی پوسته¬ی استوانه¬ای کامپوزیت ساندویچی با هسته¬ی مشبک تحت فشار محوری می¬باشد. برای این منظور تحقیق حاضر در سه حوزه¬ی تحلیلی، شبیه¬سازی عددی و تجربی پی¬ریزی شد. در حوزه¬ی تحلیلی، در ابتدا هسته¬ی مشبک با استفاده از روش معادل¬سازی تبدیل به لایه¬ی معادل شد که این لایه دارای سفتی معادل با هسته¬ی مشبک می¬باشد. در این معادل¬سازی، سفتی تقویت¬کننده¬ها بر اساس تحلیل نیرویی و ممان یک سلول واحد و با در نظر گرفتن اثرات متقابل رویه¬های بیرونی/داخلی با هسته و همچنین در نظر گرفتن اثرات کرنش¬های برشی و عرضی به دست آمد. پس از این معادلسازی، پوسته¬ی ساندویچی با هسته¬ی مشبک تبدیل به یک پوسته¬ی سه لایه شد. سپس با استفاده از اصل برهم¬نهی، سفتی کل سازه از مجموع سفتی رویه¬ی بیرونی، رویه¬ی داخلی و رویه¬ی میانی به¬دست آمد. بنابراین روش معادلسازی، پوسته¬ی ساندویچی با هسته¬ی مشبک را تبدیل به یک پوسته¬ی تک لایه با سفتی معادل نمود. در نهایت با استفاده از دو تئوری کلاسیک و برشی مرتبه¬ی اول و با در نظر گرفتن میدان جابه¬جایی مفروض و محاسبه¬ی کرنش¬های سطح میانی پوسته و استفاده از روش رایلی-ریتز، بار بحرانی کمانش پوسته¬ی استوانه¬ای کامپوزیت ساندویچی با هسته مشبک محاسبه گردید. در حوزه¬ی روش عددی، مدل سه¬بعدی از پوسته¬های کامپوزیتی ساندویچی با هسته مشبک با استفاده از بسته¬ی نرم¬افزار آباکوس ایجاد شد. در این قسمت به منظور صحه¬گذاری برروی نتایج تحلیلی از حل عددی خطی مقدار ویژه استفاده شد. از آنجایی که در نمونه¬های واقعی نقص هندسی وجود دارد، مشاهده شد که نمی¬توان از روش مقدار ویژه برای تعیین رفتار کمانشی سازه موردنظر استفاده کرد. بنابراین در رساله حاضر، برای رسیدن به نتایج دقیق¬تر از روش غیرخطی عددی ریکس که قابلیت در نظر گرفتن اثرات غیرخطی را داراست، استفاده شد. در حوزه¬ی تجربی، در مجموع 12 عدد نمونه با هندسه¬های مختلف طراحی و ساخته شد. روش ساخت این نمونه¬ها شامل دو قسمت می¬شد. در قسمت اول، تقویت¬کننده¬ها به همراه رویه¬ی خارجی به طور همزمان ساخته می¬شوند. تقویت¬کننده¬ها با استفاده از روش رشته¬پیچی الیاف و استفاده از قالب¬های سیلیکونی طراحی شده در این تحقیق در ابتدا ایجاد شده و سپس رویه¬ی بیرونی با استفاده از پارچه بافته¬شده و لایه¬ی پیچی برروی تقویت¬کننده¬ها قرار می¬گیرد. لازم به ذکر است قالب-های سیلیکونی طراحی شده در این تحقیق دارای خواص منحصربفردی است که باعث می¬شود نمونه با کمترین نقص هندسی و بیشترین کیفیت ساخته شود. در گام دوم، پوسته¬ی داخلی به صورت مجزا ساخته می¬شود و سپس با استفاده از روش جازنی در پوسته¬ی تقویت¬شده، پوسته¬ی ساندویچی با هسته مشبک ایجاد می¬شود. با ساخت همه¬ی نمونه¬های ساندویچی، آزمون کمانش با سرعت 5 mm/min انجام شد و بار بحرانی کمانش محاسبه شد. در ادامه تحقیق حاضر، اثر پارامترهای مهمی همچون زاویه¬ی تقویت¬کننده¬ها، تعداد تقویت¬کننده¬ها، شعاع و طول استوانه، ضخامت پوسته¬های داخلی/خارجی و تقویت¬کننده، شرایط مرزی، خواص مکانیکی پوسته و تقویت¬کننده برروی بار بحرانی سازه¬ی مذکور مورد بررسی قرار گرفت. همچنین، رفتار کمانشی سازه مدنظر در این تحقیق با دیگر انواع پوسته¬ها همچون پوسته¬های تقویت¬نشده معادل، پوسته¬های مشبک ایزوگرید، ارتوگرید و انگل¬گرید بررسی شد. مقایسه نتایج تحلیلی و نتایج عددی خطی نشان داد که همخوانی مناسبی مابین آن دو وجود دارد. نتایج تجربی نشان می¬دهد که روش ریکس دارای دقت بسیار بالایی در محاسبه¬ی بار بحرانی و شکل¬مودهای کمانش پوسته¬های ساندویچی با هسته مشبک دارا می¬باشد. محاسبه و احتساب اثر نقص هندسی در مدلسازی عددی دارای اهمیت بسیار زیادی می¬باشد. از مقایسه¬ی نتایج تحلیلی و عددی ارائه شده در این تحقیق با نتایج تحقیقات دیگر، مشخص شد که تطابق مناسبی بین آن¬ها وجود دارد. نتایج نشان می¬دهد، رفتار سازه ساندویچی مشبک تحت تاثیر بسیار زیاد زاویه¬ی تقویت¬کننده-ها قرار دارد و در هنگام مطالعه دیگر پارامترها بایستی توجه ویژه¬ای به تغییرات این پارامتر گردد. از بررسی انواع الگوهای هسته¬ی مشبک مشخص گردید که پوسته ساندویچی ایزوگرید ترکیبی نوع 2 دارای بالاترین بار کمانشی و پوسته¬ی با تقویت¬کننده¬های محوری دارای کمترین بار کمانشی می¬باشد. همچنین پوسته¬ی ارتوگرید بهینه ترین سازه مشبک بررسی شده از لحاظ نسبت بار به وزن می¬باشد. 29 تیر 1398 / تعداد نمایش : 1618
|