بررسی تاثیر نقص هندسی و تغییر شکل‌های پیش و پس از کمانش بر ارتعاشات آزاد ورق‌ها

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

چکیده

این مقاله به بررسی تاثیر وجود نقص اولیه هندسی و نیز اثر تغییر­شکل­های پیش و پس از کمانش ورق­های ایزوتروپیک مستطیلی تحت اثر بار فشاری درون صفحه­ای تک محوره، بر رفتار ارتعاشی ورق می­پردازد. به این منظور روابط حاکم بر رفتار ورق با استفاده از نظریه میندلین و روابط کرنش جابجایی ون کارمن برای جابجایی­های بزرگ، استخراج گردیده و پاسخ دستگاه معادلات دیفرانسیل غیرخطی بدست آمده به صورت ترکیبی از پاسخ­های استاتیکی و دینامیکی حاصل گردیده است. به دلیل بزرگ بودن دامنه تغییر شکل استاتیکی ورق در مقایسه با دامنه ارتعاشات آن، حل دستگاه معادلات بدست آمده در دو گام صورت پذیرفته است. در گام نخست پاسخ پیش و پس از کمانش ورق با گسسته­سازی معادلات به روش مربعات دیفرانسیلی و حل دستگاه معادلات حاصل به کمک روش طول کمان حاصل شده است. پس از آن با در نظر گرفتن ارتعاشات با دامنه کوچک حول حالت تغییر شکل یافته ورق (پاسخ مرحله نخست) و با صرف نظر نمودن از عبارات غیرخطی، فرکانس­های طبیعی ارتعاشات ورق به کمک روش مربعات دیفرانسیلی و حل مسئله مقدار ویژه ایجاد شده، حاصل گردیده است. نتایج حاصل برای دامنه­های متفاوت نقص هندسی اولیه و نیز شرایط مرزی متفاوت نشان­دهنده تاثیر شدید عوامل ذکر شده بر فرکانس­های طبیعی ورق می­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Hui D. and Leissa A. W., Effects of geometric imperfections on vibrations of biaxially compressed rectangular flat plates, Transactions of the ASME, Vol. 50, pp. 750-756, 1983.
 
[2] Pasic H. and Herrmann G., Non-linear free vibration of buckled plates with deformable loaded edges, Journal of sound and vibration, pp. 105-114, 1983.
[3] Ilanko S. and Dickinson S.M., The vibration and post-buckling of geometrically  imperfect, simply supported, rectangular plates under uni-axial loading, part I: theoretical approach, Journal of Sound and Vibration, Vol. 118(2), pp. 313-336, 1987.
 
[4] Ilanko S., Vibration and post-buckling of in-plane loaded rectangular plates using a multiterm galerkin’s method, Journal of Applied Mechanics, Vol. 69, pp. 589-592, 2002.
 
[5] NG C.F. and White R.G., Dynamic behavior of postbuckled isotropic plates under in-plane compression, Journal of sound and vibration, pp. 1-18, 1988.
[6]Grayt C.C., Vibrations of rectangular plates with moderately large initial deflections at elevated temperatures using finite element method, 31st Structures, Structural Dynamics and Materials Conference, Structures, Structural Dynamics, and Materials and Co-located Conferences, 1990.
[7] Sassi S. and Ostigu G.L., Analysis of the variation of frequencies for imperfect rectangular plates, Journal of sound and vibration, Vol. 177(5), pp. 675-687, 1994.
[8] Murphy K.D., Virgin L.N. and Rizzi S.A., Free Vibration of Thermally Loaded Panels Including Initial Imperfections and Post-Buckling Effects, Fifth International Conference on Recent Advances in Structural Dynamics, Southampton, 1994.
[9] Librescu L., Lin W., Nemeth M.P. and Starnes JR, J.H., Vibration of geometrically imperfect panels subjected to thermal and mechanical loads, Journal of Spacecraft and rockets 33, pp. 285-291, 1996.
[10] Oh I.K., Han J.H. and Lee I., Postbuckling and vibration characteristic of piezolaminated composite plate subject to thermopiezoelectric loads, Journal of sound and vibration 233, pp. 19-40, 2000.
[11] Girish J. and Ramchandra L.S., Thermal postbuckled vibrations of symmetrically laminated composite plates with initial geometric imperfections, Journal of Sound and Vibration, Vol. 282, pp. 1137-1153, 2005.
[12] Williams M., Griffin B., Homeijer B., Sankar B. and Sheplak M., Vibration of post-buckled homogeneous circular plates, IEEE Ultrasonics Symposium, 2007.
 [13] Li S.R., Barta R.C. and Ma L.S., Vibration of Thermally Post-Buckled Orthotropic Circular Plates, Journal of Thermal Stresses, Vol. 30, pp. 43–57, 2007.
[14] Taczala M., Buczkowski R. and Kleiber M., Nonlinear free vibration of pre- and post-buckled FGM plates on two-parameter foundation in the thermal environment, Composite structures, Vol. 137, pp. 85-92, 2016.
[15] Dey T., Kumar R. and Panda S.K., Postbuckling and postbuckled vibration analysis of sandwich plates under non-uniform mechanical edge loadings, International  Journal of Mechanical Sciences, Vol. 115-116, pp. 226–237, 2016.
[16] Benchouaf L. and Boutyour E., Nonlinear vibrations of buckled plates by an asymptotic numerical method, C. R. Mecanique Vol. 344 pp. 151–166, 2016.
[17] Bellman R.E., Kashef B. and Casti J., Differential Quadrature: a Technique for the Rapid Solution of Nonlinear partial Differential equation, Journal of Compute Phys, Vol. 1 pp.  133-143, 1997.
 
[18] Quan J.R. and Chang C.T., New Insights in Solving Distributed System of Equations by Quadrature-Method, Journal of Compute Chem Eng, Vol. 13, pp. 1017-1024, 1989.
[19] Wempner G.A., Discrete approximation related to nonlinear theories of solids, International Journal of Solids and Structures, Vol. 7, pp. 1581-1599, 1971.
[20] Riks E., The application of Newton’s method to the problem of elastic stability, Journal of Applied Mechanics, Vol. 39, pp. 1060-1065, 1979.
[21] Forde B.D.R. and Stiemer S.F., Improved arc length orthogonality methods for nonlinear finite element analysis, Computers & Structures, Vol. 27, pp. 625-630, 1987.
 [22] Chia C.Y., Nonlinear analysis of plates, McGraw-Hill, New York, 1980.