مطالعه و شبیه‌سازی اجزا محدود پدیده دوپایایی در پوسته‌های استوانه‌ای کامپوزیتی چندلایه تقویت شده با الیاف
علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک
مقاله 3 ، دوره 37، شماره 3 - شماره پیاپی 41 ، شهریور 1404، صفحه 43-58 1.71 M )
نوع مقاله: مقاله پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2024.89435.1284 نویسندگان
هادی گورابی 1 شهرام هادیان* 2 1 پژوهشگاه مواد و انرژی، اصفهان، ایران2 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایرانچکیده مقاله حاضر به بررسی پدیده دوپایایی در پوسته‌های استوانه‌ای شکل کامپوزیتی چندلایه تقویت شده با الیاف می‌پردازد. علت اصلی پدیده‌ی دوپایایی در این سازه‌ها چینش نامتقارن و زاویه قرارگیری الیاف در این لایه‌ها است. ابتدا روابط سینماتیک و معادلات ساختاری ارائه داده می‌شوند. سپس ترتیب چینش نامتقارن لایه‌ها که منجر به استقلال پیچش و خمش می‌شوند توضیح داده می‌شود. وجود وضعیت پایدار دوم در سازه‌های دوپایا با توجه به وجود یک کمینه‌ی موضعی انرژی کرنشی در آن‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرد، به طوری که سازه در نقطه‌ی کمینه‌ی انرژی کرنشی باقی‌مانده و به وضعیت پایدار اولیه خود باز نمی‌گردد. به همین منظور روابطی برای تعیین انرژی کرنشی کل پوسته ارائه می‌گردد و کمینه‌ی موضعی آن مشخص می‌شود. همچنین هندسه و شکل پوسته در وضعیت پایدار دوم از روی نمودارهای انرژی کرنشی تعیین می‌گردد. در ادامه شبیه‌سازی اجزای محدود ارائه می‌شود. نتایج حاصل‌از شبیه‌سازی تطابق خوبی را با نتایج حاصل‌از روابط تئوری و نمودارهای انرژی کرنشی نشان می‌دهد. نوآوری مقاله ارائه‌ی یک رابطه تحلیلی برای محاسبه انرژی کرنشی پوسته دوپایا می‌باشد. کلیدواژه‌ها
کامپوزیت‌های چندلایه تقویت‌شده با الیاف ؛ پوسته‌های استوانه‌ای ؛ چینش لایه‌ای نامتقارن ؛ دوپایایی ؛ انرژی کرنشی
مراجع
[1] S. S. Mojabi and M. M. Kheirikhah, “Modeling and intelligent control of vibration of cantilever composite plate embedded with shape memory alloy wires,” Journal of Science and Technology of Composites , vol. 4, no. 4, pp. 363–374, 2018. https://doi.org/10.22068/jstc.2018.28554
[2] Z. Zamani and H. Haddadpour, “Static and dynamic analysis of composite thin walled beam with curvilinear fiber,” Journal of Science and Technology of Composites , vol. 6, no. 1, pp. 79–88, 2019. https://doi.org/10.22068/jstc.2018.91728.1463
[3] K. Iqbal, S. Pellegrino, and A. Daton-Lovett, “Bi-stable composite slit tubes,” in IUTAM-IASS Symposium on Deployable Structures: Theory and Applications: Proceedings of the IUTAM Symposium held in Cambridge, UK, 6–9 September 1998, Springer, 2000, pp. 153–162. https://doi.org/10.1007/978-94-015-9514-8_17
[4] K. Iqbal and S. Pellegrino, “Bi-stable composite shells,” in 41st Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference and Exhibit held in Atlanta,GA, USA, 3- 6 April 2000, 2000, p. 1385. https://doi.org/10.2514/6.2000-1385
[5] S. D. Guest and S. Pellegrino, “Analytical models for bistable cylindrical shells,” Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences , vol. 462, no. 2067, pp. 839–854, 2006. https://doi.org/10.1098/rspa.2005.1598
[6] T. W. Murphey and S. Pellegrino, “A novel actuated composite tape-spring for deployable structures,” in Proceedings 45th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics & Materials Conference, Palm Springs, CA, USA, Apr. 2004, p. 1528. https://doi.org/10.2514/6.2004-1528
[7] E. Rivas Adrover, Deployable Structures , London, UK: Laurence King Publishing, 2015. https://doi.org/10.5040/9781780677958
[8] F. Mehralian, “Analysis Cured Shape of Bistable Structures Using Analytical Method,” M. Sc., Shahrekord University.
[9] A. Hajiesmaeili, “Analysis of Mechanical Behavior of Bistable Structures Using Finite Element Simulation,” M. Sc., Shahrekord University, Shahrekord, 2012.
[10] T. W. Murphey, S. P. Lake, J. M. Fernandez, and S. Pellegrino, “High strain composites,” in Proceedings 2nd AIAA Spacecraft Structures Conference, Kissimmee, FL, USA, Jan. 2015, p. 0942. https://doi.org/10.2514/6.2015-0942
[11] M. Shahryarifard, M. Golzar, and G. Tibert, “Toward thermal stimulation of shape memory polymer composite bistable tape springs,” Smart Materials and Structures , vol. 30, no. 2, p. 025030, 2021. https://doi.org/10.1088/1361-665X/abd342
[12] A. Brinkmeyer, S. Pellegrino, and P. M. Weaver, “Effects of long-term stowage on the deployment of bistable tape springs,” Journal of Applied Mechanics , vol. 83, no. 1, p. 011008, 2016. https://doi.org/10.1115/1.4031618
[13] A. Brinkmeyer, S. Pellegrino, P. M. Weaver, and M. Santer, “Effects of viscoelasticity on the deployment of bistable tape springs,” in 19th International Conference on Composite Materials (ICCM-19), Montreal, QC, Canada, July 2013 , 2013, pp. 370–380.
[14] M. E. Peterson and T. W. Murphey, “Large deformation bending of thin composite tape spring laminates,” in Proceedings 54th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, Boston, MA, USA, Apr. 2013, p. 1667. https://doi.org/10.2514/6.2013-1667
[15] K. Kwok and S. Pellegrino, “Viscoelastic effects in tape-springs,” in Proceedings 52nd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference, Denver, CO, USA, Apr. 2011, AIAA Paper 2011-2022. https://doi.org/10.2514/6.2011-2022
[16] F. Herlem, “Modelling and manufacturing of a composite bi-stable boom for small satellites,” M.Sc. thesis, Dept. Aeronautical and Vehicle Eng., KTH Royal Institute of Technology, Stockholm, Sweden, 2014.
[17] H. Yang, R. Liu, Y. Wang, Z. Deng, and H. Guo, “Experiment and multiobjective optimization design of tape-spring hinges,” Structural and Multidisciplinary Optimization , vol. 51, no. 6, pp. 1231–1242, 2015. https://doi.org/10.1007/s00158-014-1205-9
[18] H. Ye, Y. Zhang, Q. Yang, Y. Xiao, R. V. Grandhi, and C. C. Fischer, “Optimal design of a three tape-spring hinge deployable space structure using an experimentally validated physics-based model,” Structural and Multidisciplinary Optimization , vol. 56, no. 5, pp. 1301–1315, 2017. https://doi.org/10.1007/s00158-017-1810-5
[19] T. W. Murphey, S. K. Jeon, A. Biskner, and G. E. Sanford, “Deployable booms and antennas using bi-stable tape-springs,” in Proceedings 24th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites, Logan, UT, USA, Aug. 2010.
[20] H. Yang, H. Guo, R. Liu, S. Wang, and Y. Liu, “Coiling and deploying dynamic optimization of a C-cross section thin-walled composite deployable boom,” Structural and Multidisciplinary Optimization , vol. 61, no. 4, pp. 1731–1738, Apr. 2020. https://doi.org/10.1007/s00158-019-02429-x
[21] H. M. Y. C. Mallikarachchi, “Predicting mechanical properties of thin woven carbon fiber reinforced laminates,” Thin-Walled Structures , vol. 135, pp. 297–305, 2019. https://doi.org/10.1016/j.tws.2018.11.016
[22] H. M. Y. C. Mallikarachchi and S. Pellegrino, “Deployment dynamics of ultrathin composite booms with tape-spring hinges,” Journal of Spacecraft and Rockets , vol. 51, no. 2, pp. 604–617, 2014. https://doi.org/10.2514/1.A32401
آمار
تعداد مشاهده مقاله: 659
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 409
