تحلیل ارتعاشات آزاد صفحه ساندویچ پانل با رویه هیبرید فلز/کامپوزیت و هسته انعطاف‌پذیر با استفاده از تئوری مرتبه سوم برشی

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 1، دوره 34، شماره 4 - شماره پیاپی 30، دی 1401، صفحه 1-18   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jacsm.2022.77054.1123

نویسندگان

محمد هروی¹؛ محمد مهدی خطیبی^{* 1}؛ علیرضا آلبویه²

¹دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

²گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه دامغان، دامغان، ایران

چکیده

در این مقاله ارتعاشات آزاد ورق ساندویچی با رویه هیبرید فلز/کامپوزیت تقویت‌شده با الیاف کربن و شیشه و هسته نرم دارای تکیه‌گاه ساده مورد بررسی قرار گرفته­ است. برای استخراج معادلات حاکم، از تئوری مرتبه بالای چندلایه و اصل همیلتون برای ورق ساندویچی مستطیلی با رویه هیبرید فلز/کامپوزیت و با فرض اتصال کامل رویه به هسته نرم و همچنین با فرض جابه­جایی خطی استفاده شده است. پس از مقایسه و تصدیق نتایج تحقیق حاضر با نتایج تحقیقات مشابه موجود و اطمینان از صحت معادلات استخراج‌شده، اثرات حجم مؤثر لایه فلز و کامپوزیت با لایه­چینی زاویه­ای، پارامترهای هندسی نسبت طول به ضخامت و ضخامت هسته به رویه، طول به عرض و لایه‌چینی (90و0) و (45و45-) برای دو جنس الیاف شیشه و کربن هیبریدشده با آلومینیوم AL 2024 T3 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج ارتعاشات آزاد نشان داد، هیبرید کربن/آلومینیوم در نسبت حجم مؤثر کامپوزیت (V_c) برابر با 5/0، بیشترین مقدار فرکانس طبیعی را در لایه‌چینی AL/-45/45/core/45/-45/AL در پنج مود اول داشته است و همچنین با افزایش ضخامت هسته به رویه و نسبت طول به ضخامت کل، اثر لایه آلومینیوم کاهش می­یابد.
 

کلیدواژه‌ها

ساندویچ پانل؛ هیبرید فلز/کامپوزیت؛ تئوری مرتبه بالای چندلایه؛ لایه‌چینی زاویه‌ای؛ حجم مؤثر کامپوزیت

مراجع

[1]    H. M. Bahabadi, A. Farrokhabadi, and M. M. Khatibi, “The influence of skin / core debonding effects on the natural frequencies of composite sandwich structures using experimental and numerica”, Journal of Science and Technology of Composites, vol. 5, no. 1, Pp. 91–98, 2018.

[2]    A. Fereidoon, A. Ghoddosian, A. A. Niyari, “Non-Linear Damping Analysis of Sandwich Composite Structures”, Contemporary Engineering Sciences, vol. 4, no. 1, Pp. 37–42, 2011.

[3]    P. V. Katariya and S. K. Panda, “Frequency and Deflection Responses of Shear Deformable Skew Sandwich Curved Shell Panel: A Finite Element Approach”, Arabian Journal for Science and Engineering, vol. 44, no. 2, Pp. 1631–1648, 2019.

[4]    R. Rani, R. Lal, “Free vibrations of composite sandwich plates by Chebyshev collocation technique”, Composites Part B: Engineering, vol. 165, no. January, Pp. 442–455, 2019.

[5]    M. Livani, K. Malekzadeh Fard, A. Negahbanbron, “Analysis of high-order free vibrations of sandwich composite cylinder”, in 27th International Conference on Mechanical Engineering, Pp. 931–936, (2018). (In Persian)

[6]    M. Nasihatgozar, S. M. R. Khalili, “Free vibration of a thick sandwich plate using higher order shear deformation theory and DQM for different boundary conditions”, Journal of Applied and Computational Mechanics, vol. 3, no. 1, Pp. 16–24, 2017.

[7]    A. Ghodsbin Jahromi, H. Hatami, “Numerical Behavior Study of Expanded Metal Tube Absorbers and Effect of Cross Section Size and Multi-Layer Under Low Axial Velocity Impact Loading”, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, vol. 49, no. 4, Pp. 245–248, 2018. (In persian)

[8]    H. Hatami and M. Shariati, “Numerical and Experimental Investigation of SS304L Cylindrical Shell with Cutout Under Uniaxial Cyclic Loading”, Iranian Journal of Science and Technology Transactions of Mechanical Engineering, vol. 43, no. 2, Pp. 139–153, 2019.

[9]    H. Hatami, M. Hosseini, A. K. Yasuri, “Perforation of Thin Aluminum Targets Under Hypervelocity Impact of Aluminum Spherical”, Materials Evaluation, Vol. 77, Pp. 411-422 2019.

[10]  Y. Zhai, J. Ma, and S. Liang, “Dynamics properties of multi-layered composite sandwich doubly-curved shells”, Composite Structures, vol. 256, p. 113142, 2021.

[11]  K. Malekzadeh Fard, M. Rezaei Hassanabadi, “Free Vibration and Static Bending Analysis of Curved Sandwich Panel with Magneto-Rheological Fluid Layer in Sheets using Improved High Order Sandwich Panel Theory”, Journal of Science and Technology of Composite, vol. 1, no. 2, Pp. 49–62, 2015.(In Persian)

[12]  A. V. Lopatin, E. V. Morozov, “Fundamental frequency of a corner-supported rectangular sandwich plate with the central lumped mass”, Journal of Sandwich Structures & Materials, Vol.  23.8, Pp. 3966-3984, 2020.

[13]  A. Szekrényes, “Mechanics of shear and normal deformable doubly-curved delaminated sandwich shells with soft core”, Composite Structures, vol. 258, 2021.

[14]  H. Ravishankar, R. Rengarajan, K. Devarajan, and B. Kaimal, “Free vibration bahaviour of fiber metal laminates, hybrid composites, and functionally graded beams using finite element analysis”, International Journal of Acoustics and Vibrations, vol. 21, no. 4, Pp. 418–428, 2016.

[15]  A. Shooshtari, S. Razavi, “A closed form solution for linear and nonlinear free vibrations of composite and fiber metal laminated rectangular plates”, Composite Structures, vol. 92, no. 11, Pp. 2663–2675, 2010.

[16]  G. H. Rahimi, M. S. Gazor, M. Hemmatnezhad, and H. Toorani, “Free vibration analysis of fiber metal laminate annular plate by state-space based differential quadrature method”, Advances in Materials Science and Engineering, vol. 2014, Pp. 1-11, 2014.

[17]  J. Iriondo, L. Aretxabaleta, and A. Aizpuru, “Characterisation of the elastic and damping properties of traditional FML and FML based on a self-reinforced polypropylene”, Composite Structures, vol. 131, Pp. 47–54, 2015.

[18]  M. Mohandes, A. R. Ghasemi, M. Irani-Rahagi, K. Torabi,  F. Taheri-Behrooz, “Development of beam modal function for free vibration analysis of FML circular cylindrical shells”, JVC/Journal of Vibration and Control, vol. 24, no. 14, Pp. 3026–3035, 2018.

[19]  M. M. Kheirikhah, S. M. R. Khalili, and K. Malekzadeh Fard, “Biaxial buckling analysis of soft-core composite sandwich plates using improved high-order theory”, European Journal of Mechanics, A/Solids, vol. 31, no. 1, Pp. 54–66, 2012.

[20]  J. N. Reddy, Laminated Composite Plates and Shells, CRS Peress , New York, 2003.

[21]  Y. Frostig, “BUCKLING FLEXIBLE OF SANDWICH CORE-HIGH-ORDER THEORY”, Journal of SOLIDS and STRUCTURES, vol. 35, no. 97, Pp. 183–204, 1997.

[22]  M. H. DATOO, Mechanic of Fbrous Composites, vol. 53, no. 9. 1991.

[23]  M. K. Rao, K. Scherbatiuk, Y. M. Desai, and A. H. Shah, “Natural Vibrations of Laminated and Sandwich Plates”, Journal of Engineering Mechanics, vol. 130, no. 11, Pp. 1268–1278, 2004.

[24]  O. Rahmani, S. M. R. Khalili, and O. T. Thomsen, “A high-order theory for the analysis of circular cylindrical composite sandwich shells with transversely compliant core subjected to external loads”, Composite Structures, vol. 94, no. 7, Pp. 2129–2142, 2012.

[25]  H. D. Chalak, A. Chakrabarti, M. A. Iqbal, and A. H. Sheikh, “Free vibration analysis of laminated soft core sandwich plates”, Journal of Vibration and Acoustics, Transactions of the ASME, vol. 135, no. 1, Pp. 1–15, 2013.

[26]  A. Nazari, K. Malekzadeh Fard, M. Majidian, “Vibration analysis of FML cylindrical shell optimized according to maximum natural frequency under various boundary conditions”, Modares Mechanical Engineering, vol. 99, no. 9, Pp. 1–10, 2016. (In Persian)

[27]  B. Zhang et al., “Analysis and design of carbon fibre clamping apparatus for replacement of insulator strings in ultra‐high voltage transmission line”, The Journal of Engineering, vol. 2019, no. 16, Pp. 2212–2215, 2019,
doi: 10.1049/joe.2018.8907.