تحلیل پس کمانش برای ستون هایپرالاستیک تحت بارگذاری فشاری محوری
علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
مقاله 5 ، دوره 37، شماره 2 - شماره پیاپی 40 ، خرداد 1404، صفحه 73-90 اصل مقاله (1.81 M )
نوع مقاله: مقاله پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2024.85357.1216
نویسندگان
علیرضا صداقت ؛ جواد پرکار
گروه مهندسی مکانیک، واحد لاهیجان، دانشگاه آزاد اسلامی، لاهیجان، ایران.
چکیده
کمانش ستونهای صاف تحت فشار محوری بطور گسترده برای چندین دهه مطالعه شده است. اگرچه رفتار کمانش ستونهای لاغر بخوبی پیشبینی شده است ولی رفتار پس کمانش ستونهای عریض با نسبتهای عرض به طول بالا (که در آنها غیرخطی هندسی و ماده حیاتی میشود) بررسی نشده است. در این مقاله، بصورت تحلیلی نشان داده شد که برای یک ستون هایپرالاستیک صاف، افزایش نسبت عرض به طول آن میتواند حالت کمانش آن را از کمانش پیوسته به فروجهشی و ارتجاعی تغییر دهد. برهمین اساس، علامت شیب اولیه پس کمانش نیز از مثبت به منفی تغییر میکند و نهایتا مجددا مثبت میشود. با استفاده از یک آنالیز مجانبی براساس مکانیک محیطهای پیوسته میتوان شیب اولیه پس کمانش را برحسب تابعی از نسبت عرض به طول ستون تعیین کرد و سپس نسبتهای عرض به طول بحرانی برای تغییر حالتهای کمانش را مشخص کرد که این نتایج بخوبی با نتایج شبیهسازی FEA مطابقت دارند. همچنین میتوان دریافت که با افزایش نسبت مدول برشی به حجمی که بیانگر تراکمپذیری ماده است،
کلیدواژهها
پس کمانش ؛ فرا مواد ؛ هایپرالاستیک ؛ آنالیز مجانبی
مراجع
[1] K. Bertoldi, V. Vitelli, J. Christensen, M. Van Hecke, “Flexible mechanical metamaterials,” Nature Reviews Materials , vol. 2, no. 1, p. 17066, 2017. https://doi.org/10.1038/natrevmats.2017.66
[2] K. Bertoldi, P.M. Reis, S. Willshaw, T. Mullin, “Negative Poisson’s ratio behavior induced by an elastic instability,” Advanced Materials , pp. 361–366, 2010. https://doi.org/10.1002/adma.200901956
[3] B. Florijn, C. Coulais, M. van Hecke, “Programmable mechanical metamaterials,” Physical review letters , vol. 113, no. 17, p. 175503, 2014. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.175503
[4] J.W. Boley, W.M. van Rees, C. Lissandrello, M.N. Horenstein, R.L. Truby, A. Kotikian, J.A. Lewis, L. Mahadevan, “Shape-shifting structured lattices via multimaterial 4D printing,” Proceedings of the National Academy of Sciences , vol. 116, no. 42, pp. 20856–20862, 2019. https://doi.org/10.1073/pnas.1908806116
[5] C. Coulais, A. Sabbadini, F. Vink, M. van Hecke, “Multi-step self-guided pathways for shape-changing metamaterials,” Nature , vol. 561, no. 7724, pp. 512–515, 2018. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0541-0
[6] L.A. Lubbers, M. van Hecke, C. Coulais, “A nonlinear beam model to describe the postbuckling of wide beams,” Journal of the Mechanics and Physics of Solids , vol. 106, pp. 191–206, 2017. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2017.06.001
[7] S.P. Timoshenko, J.M. Gere, Theory of Elastic Stability, Courier Corporation, 2009.
[8] M.A. Biot, “Exact theory of buckling of a thick slab,” Applied Scientific Research, Section A , vol. 12, pp. 183–198, 1963. https://doi.org/10.1007/BF03184639
[9] R. Ogden, D. Roxburgh, “The effect of pre-stress on the vibration and stability of elastic plates,” International Journal of Engineering Science , vol. 31, pp. 1611–1639, 1993. https://doi.org/10.1016/0020-7225(93)90079-A
[10] W. Koiter, Elastic Stability of Solids and Structures, Cambridge University Press, Cambridge, 2009. https://doi.org/10.1017/CBO9780511546174
[11] Y. Cao, J.W. Hutchinson, “From wrinkles to creases in elastomers: the instability and imperfection-sensitivity of wrinkling,” Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences , vol. 468, no. 2137, pp. 94–115, 2012. https://doi.org/10.1098/rspa.2011.0384
[12] H.-H. Dai, Y. Wang, F.-F. Wang, “Primary and secondary bifurcations of a compressible hyperelastic layer: Asymptotic model equations and solutions,” International Journal of Non-Linear Mechanics , vol. 52, pp. 58–72, 2013. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2013.01.019
[13] H.-H. Dai, F.-F. Wang, J. Wang, J. Xu, “Pitchfork and octopus bifurcations in a hyperelastic tube subjected to compression: Analytical post-bifurcation solutions and imperfection sensitivity,” Mathematics and Mechanics of Solids , vol. 20, no. 1, pp. 25–52, 2015. https://doi.org/10.1177/1081286514543597
[14] A.A. Almet, H.M. Byrne, P.K. Maini, D.E. Moulton, “Post-buckling behaviour of a growing elastic rod,” Journal of Mathematical Biology , vol. 78, pp. 777–814, 2019. https://doi.org/10.1007/s00285-018-1292-0
[15] N. Triantafyllidis, W. Scherzinger, H.-J. Huang, “Post-bifurcation equilibria in the plane strain test of a hyperelastic rectangular block,” International Journal of Solids and Structures , vol. 44, no. 11-12, pp. 3700–3719, 2007. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2006.10.012
[16] Y. Taghipour Lahijani, A. Mashayekhi, B. Akhoundi, “Modeling Large Deflection of the Chromium Nanobeams using the Design of Experiments Method,” Journal of Applied and Computational Sciences in Mechanics , vol. 35, no. 4, pp. 107–120, 2023. https://doi.org/10.22067/jacsm.2023.83862.1198
[17] M. Seidi, Z. Seydi, “Prediction and Optimization of Hardness Value of Mold Steel in Wirecut Process based on Fuzzy Inference System,” Journal of Applied and Computational Sciences in Mechanics , vol. 35, no. 1, pp. 53–70, 2023. https://doi.org/10.22067/jacsm.2022.79508.1145
[18] M. Mohahmmadi, M. Mahmoodi, “The Effect of Material Degradation on the Bending Laminated Plates,” Journal of Applied and Computational Sciences in Mechanics , vol. 34, no. 2, pp. 1–14, 2022. https://doi.org/10.22067/jacsm.2022.76213.1113
[19] L.A. Lubbers, M. van Hecke, C. Coulais, “A nonlinear beam model to describe the postbuckling of wide beams,” Journal of the Mechanics and Physics of Solids , vol. 106, pp. 191–206, 2017. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2017.06.001
[20] E. Hohlfeld, L. Mahadevan, “Unfolding the sulcus,” Physical Review Letters , vol. 106, no. 10, p. 105702, 2011. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.105702
[21] W. Hong, X. Zhao, Z. Suo, “Formation of creases on the surfaces of elastomers and gels,” Applied Physics Letters , vol. 95, no. 11, p. 111901, 2009. https://doi.org/10.1063/1.3211917
[22] Z.P. Bažant, L. Cedolin, Stability of Structures: Elastic, Inelastic, Fracture and Damage Theories, World Scientific Pub, Hackensack, NJ; London, 2010.
[23] D. Roxburgh, R. Ogden, “Stability and vibration of pre-stressed compressible elastic plates,” International Journal of Engineering Science , vol. 32, no. 3, pp. 427–454, 1994. https://doi.org/10.1016/0020-7225(94)90133-3
[24] J. Kadkhodapour, A. Pourkamali Anaraki, “Investigating the Mechanical Properties of Polymer Composite Materials made by 3D Printing Method,” Journal of Applied and Computational Sciences in Mechanics , vol. 35, no. 4, pp. 77–89, 2023. https://doi.org/10.22067/jacsm.2023.81972.1182
[25] A. Zahedi Dizajyekan, “Investigating Fracture Mechanism in Single Point Incremental Forming o AA5052 Aluminum Alloy using Bao-Wierzbicki Damage Model,” Journal of Applied and Computational Sciences in Mechanics , vol. 35, no. 4, pp. 63–76, 2023. https://doi.org/10.22067/jacsm.2023.81834.1180
[26] W. Koiter, Elastic Stability of Solids and Structures, Cambridge University Press, Cambridge, 2009. https://doi.org/10.1017/CBO9780511546174
[27] O. Mesa, S. Norman, “Non-Linear Matters: Auxetic Surfaces,” 2017.
[28] W. Hong, X. Zhao, Z. Suo, “Formation of creases on the surfaces of elastomers and gels,” Applied Physics Letters , vol. 95, no. 11, p. 111901, 2009. https://doi.org/10.1063/1.3211917
[29] W. Hong, F. Gao, “Crease instability on the surface of a solid,” Mechanics of Self-Assembly, Springer , 2013, pp. 111–130. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-4562-3_6
[30] A. Humer, “Exact solutions for the buckling and postbuckling of shear-deformable beams,” Acta Mechanica , vol. 224, pp. 1493–1525, 2013. https://doi.org/10.1007/s00707-013-0818-1
[31] E. Reissner, “On one‐dimensional large‐displacement finite‐strain beam theory,” Studies in Applied Mathematics , vol. 52, no. 2, pp. 87–95, 1973. https://doi.org/10.1002/sapm197352287
[32] S.P. Timoshenko, J.M. Gere, Theory of Elastic Stability, Courier Corporation, 2009.
آمار
تعداد مشاهده مقاله: 108
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 125