تحلیل خمش تیر ساندویچی انحنادار با رویه های تقویت شده با نانو لوله کربنی مدرج و هسته انعطاف پذیر

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهرکرد، شهر کرد

2 نویسنده مسئول، دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه شهرکرد، شهر کرد

چکیده

در این مقاله به بررسی رفتار خمشی یک تیر ساندویچی انحنادار با هسته انعطاف پذیر و رویه های کامپوزیتی تقویت شده با نانو لوله کربنی پرداخته شده است. نانو لوله­ های کربنی به صورت مواد تابعی مدرج در ضخامت رویه در نظر گرفته شده است و خواص آنها در راستای ضخامت رویه ها تغییر می­ کند. برای مدل سازی رفتار تیر ساندویچی از تئوری اویلر-برنولی برای رویه ها و الاستیسیته شبه سه بعدی برای هسته استفاده شده که این امر امکان بررسی انعطاف پذیری هسته را فراهم می­ کند. در این حین همچنین از اعمال شرایط سازگاری بین رویه ها و هسته استفاده می­ شود. معادلات دیفرانسیل حاکم با استفاده از اصل جابه جایی مجازی استخراج شده­اند. جهت اعتبار سنجی دقت روش حاضر، نتایج بدست آمده با نتایج مشابه موجود در حیطه ی این موضوع مقایسه و از صحت معادلات استخراج شده و حل آن ها اطمینان حاصل گردیده است. بدین ترتیب تاثیر الگوهای مختلف توزیع نانو لوله های کربنی بر روی مقدار خیز، تغییر مکان مماسی، نیروی محوری و ممان خمشی در رویه ها و همچنین مقدار تنش شعاعی و برشی در هسته مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته اند. همچنین تاثیر مقدار کسر حجمی نانولوله های کربنی، نسبت ضخامت هسته به رویه ها و مقدار شعاع و زاویه انحنای تیر بر نتایج بررسی شده اند. نتایج نشان می­ دهد که بیشترین مقدار تغییر مکان شعاعی و مماسی در رویه ها و هسته و همچنین بیشترین مقدار تنش برشی و شعاعی در هسته مربوط به توزیع A و کمترین آن­ها مربوط به توزیع V می باشد.    

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Lasy, T.E, and Hwang, Y., "Numerical Modeling of Impact Damaged Sandwich Composites Subjected to Compression-after-impact Loading", Composite Structures, Vol. 61, No. 1, pp. 115–128, (2003).
[2] Meyyappan, M., "Carbon Nanotubes Science and Applications", 1st Edition, CRC Press, Boca Raton, (2004).
[3] Frostig, Y., Baruch, M., Vilnay, O., and Sheinman, I., "High-order Ttheory for Sandwich-beam Behavior with Transversely Flexible Core", Journal of Engineering Mechanics, Vol. 118(5), pp. 1026–43, (1992).
[4] Noor, A.K., Burton, W.S., and Bert, C.W., "Computational Models for Sandwich Panels and Shells", Applied Mechanics Reviews, Vol. 49(3), pp. 155-199, (1996).
[5] Botshekanan Dehkordi, M., Cinefra, M., Khalili, S.M.R., and Carrera, E., "Mixed LW/ESL Models for the Analysis of Sandwich Plates with Composite Faces", Composite Structure, Vol. 98, pp. 330–339, (2013).
[6] Reddy, J., "A Review of Refined Theories of Laminated Composite Plates", The Shock and Vibration Digest, Vol. 22(7), pp. 3–17, (1990).
[7] Kapania, R. K., and Raciti, S., "Recent Advances in Analysis of Laminated Beams and Plate. Part I", AIAA Journal, Vol. 27, No. 7, (1989).
[8] Frostig, Y., Baruch, M., Vilnay, O., and Sheinman, I., "Bending of Nonsymmetric Sandwich Beams with Flexible Core", Journal of Engineering Mechanics, Vol. 117(9), pp. 1931-1952, (1992).
[9] Shen, H-S., and Xiang, Y., "Nonlinear Bending of Nanotube-reinforced Composite Cylindrical Panels Resting on Elastic Foundations in Thermal Environments", Engineering Structures, Vol. 80, pp. 163-172, (2014).
[10] Shen, H-S., "Nonlinear Bending of Functionally Graded Carbon Nanotube Reinforced Composite Plates in Thermal Environments", Composite Structure, Vol. 91, pp. 9–19, (2009).
[11] Shen, H-S., and Xiang, Y., "Nonlinear Analysis of Nanotube-reinforced Composite Beams Resting on Elastic Foundations in Thermal Environments", Engineering Structures, Vol. 56, pp. 698-708, (2013).
[12] Shen, H-S., and Xiang, Y., "Postbuckling of Nanotube-reinforced Composite Cylindrical Shells under Combined Axial and Radial Mechanical Loads in Thermal Environment", Composites Part B: Engineering, Vol. 52, pp. 311–322, (2013).
[13] Shen, H-S., "Torsional Postbuckling of Nanotube-reinforced Composite Cylindrical Shells in Thermal Environments", Composite Structure, Vol. 116, pp. 477–488, (2014).
[14] Kwon, H., Bradbury, C.R., and Leparoux, M., "Fabrication of Functionally Graded Carbon Nanotube Reinforced Aluminum Matrix Composite", Advanced Engineering Materials, Vol. 13, pp. 325–329, (2011).
[15] Ansari, R., Hasrati, E., Faghih Shojaei, M., Gholami, R., and Shahabodini, A., "Forced Vibration Analysis of Functionally Graded Carbon Nanotube-reinforced Composite Plate using a Numerical Strategy", Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Vol. 69, pp. 294–305, (2015).
[16] Wang, Z. X., and Shen, H.S., "Nonlinear Vibration and Bending of Sandwich Plates with Nanotube Reinforced Composite Face Sheets", Composites Part B: Engineering, Vol. 43, pp. 411–421, (2012).
[17] Sobhani Aragh, B., Nasrollah Barati, A.H., and Hedayati, H., "Eshelby-Mori-Tanaka Approach for Vibrational Behavior of Continuously Graded Carbon Nanoube Reinforced Cylindrical Panels", Composites Part B: Engineering, Vol. 43(4), pp. 1943–1954, (2012).
[18] Mehrabadi, S.J., Karimi Samar, R., and Bohluli, M., "Mechanical Buckling Analysis of Open Circular Cylindrical Shells Reinforced with Single Walled Carbon Nanotubes", Journal of Aerospace Mechanics (Mechanical Behavior of Materials and Structures), Vol. 9, No. 4, pp. 51-59, (2014).
[19] Shen, H.S., and Zhu, Z.H., " Postbuckling of Sandwich Plates with Nanotube-reinforced Composite Face Sheets Resting on Elastic Foundations", European Journal of Mechanics-A/Solids, Vol. 35, pp. 10-21, (2012).
[20] Wu, H., Kitipornchai, S., and Yang, J., "Free Vibration and Buckling Analysis of Sandwich Beams with Functionally Graded Carbon Nanotube-reinforced Composite Face Sheets", International Journal of Structural Stability and Dynamics, Vol. 15, No. 7, 1540011, (2015).
[21] Karimi, B., Janghorban1, M., Shahsavari, D., Dimitri, R., and Tornabene, F., "Nonlocal Buckling Analysis of Composite Curved Beams Reinforced with Functionally Graded Carbon Nanotubes", Molecules, Vol. 24(15), 2750, (2019).
[22] Nami, M., and Janghorban, M., "Free Vibration of Thick Functionally Graded Carbon Nanotube-reinforced Rectangular Composite Plates Based on Three-dimensional Elasticity Theory via Differential Quadrature Method", Advanced Composite Materials, Vol. 24(5), pp. 439-450, (2014).
[23] Jedari Salami, S., "Extended High Order Sandwich Panel Theory for Bending Analysis of Sandwich Beams with Carbon Nanotube Reinforced Face Sheets", Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Vol. 76, pp. 187–197, (2016).
[24] Reddy, J.N., "Mechanics of Laminated Composite Plates and Shells: Theory and Analysis", 2nd Edition, Oxford University Press Inc., New York, (2003).
[25] Shen, H.S., "Postbuckling of Nanotube-reinforced Composite Cylindrical Shells in Thermal environments, Part I: Axially-loaded Shells", Composite Structure, Vol. 9, pp. 2096–2108, (2011).
[26] Wang, Z.X., and Shen, H.S., "Nonlinear Vibration and Bending of Sandwich Plates with Nanotube-reinforced Composite Face Sheets", Composites Part B: Engineering, Vol. 43(2), pp. 411–421, (2012).
[27] Frostig, Y., Kardomateas, G.A., and Rodcheuy, N., "Non-linear Response of Curved Sandwich Panels–extended High-order Approach", International Journal of Nonlinear Mechanics, Vol. 81, pp. 177–196, (2016).
[28] Baughman, R.H., Zakhidov, A.A., and De Heer, W.A., "Carbon Nanotubes- The Route Toward Application", Science, Vol. 297(5582), pp. 787-792, (2002).
[29] Heidari, F., Afsari, A., and Janghorban, M., "Several Models for Bending and Buckling Behaviors of FG-CNTRCs with Piezoelectric Layers Including Size Effects", Advances in Nano Research, Vol. 9, No. 3, pp. 193-210, (2020).
[30] باقری، م. ک.، و شریف، م.،" نانو کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با نانولوله های کربنی عامل دار: روش های تولید و کاربردها"، اولین همایش ملی نانو تکنولوژی مزایا و کاربردها، همدان، (1392)،   https://civilica.com/doc/262071