بررسی ارتعاشات آزاد ورق مشبک با استفاده از تحلیل هم هندسی

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مکانیک، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران گروه مکانیک، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

3 استادیار، گروه مکانیک، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

چکیده

این مقاله به بررسی ارتعاشات آزاد ورق مشبک  با حفره‌های داخلی  با شکل‌های متفاوت، الگوهای مستطیلی و مثلثی  با شرایط مرزی ساده و گیردار به کمک روش هم‌هندسی می‌پردازد. با در نظر گرفتن ورق میندلین- ریسنر با نظریه مرتبه اول برشی، روابط حاکم بر رفتار ورق و روابط کرنش جابجایی استخراج گردیده است. با استفاده از اصل همیلتون و فرم ضعیف معادلات حرکت، ماتریس‌های سختی و جرم محلی و کلی تشکیل شده و تبدیل به مسئله مقدار ویژه ارتعاشی شده است. از حل مسئله مقدار ویژه دستگاه معادلات خطی حاصل شده، فرکانس‌های طبیعی و شکل مودهای متناظر تعیین شده است.  مرتبه توابع پایه و تعداد نقاط کنترلی انتخابی برای تشکیل هندسه دقیق شکل بررسی شده و متناسب با هندسه ورق مشبک  مورد اصلاح قرار گرفته است. پس از آن اثر قطرهای متفات سوراخ‌ دایره‌ای و شکل حفره‌ها بر روی رفتار ارتعاشی ورق مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج حاصل شده با برخی منابع و حل نرم‌افزاری مقایسه گردیده است. در انتها رفتار ورق مشبک نیز بررسی شده است که نتایج نشان از دقت بالای روش هم هندسی در تحلیل ارتعاشات ورق مشبک است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Jhung M.J and Jeong K. H., Free Vibration Analysis of Perforated Plate with Square Penetration Pattern using Equivalent Material Properties. Nuclear Engineering and Technology, Vol. 47, No.4, pp.  500-511, 2015.
[2] Hughes T. J., Cottrell J. A. and Bazilevs Y., Isogeometric Analysis: CAD, Finite Elements, NURBS, Exact Geometry and Mesh Refinement. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering,Vol. 194, No. 39-41, pp. 4135-4195, 2005.
[3] Faroughi S., Shafei E. and Eriksson A., NURBS-Based Modeling of Laminated Composite Beams with Isogeometric Displacement-only Theory. Composites Part B: Engineering, Vol. 162, pp. 89-102, 2019.
[4] Weeger O., Yeung S. K. and Dunn M.L., Fully Isogeometric Modeling and Analysis of Nonlinear 3D Beams with Spatially varying Geometric and Material Parameters. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. pp. 95-115, 2011
[5] Shojaee S., Valizadeh N., Izadpanah E. and VanVu T., Free Vibration and Buckling Analysis of Laminated Composite Plates using the NURBS-Based Isogeometric Finite Element Method. Vol. 94, pp.1677–1693, 2012.
[6] Thakare S., Free Vibration Analysis of Circular Plates with Holes and Cutouts. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering, Vol. 8, pp. 46-54, 2013.
[7] Grossi R. O., Arenas B. D. V. and Laura P. A. A., Free Vibration of Rectangular Plates with Circular Openings. Ocean Engineering, Vol. 24, No.1, pp. 19-24. 1997.
[8] Kalita K. and Haldar S., Free Vibration Analysis of Rectangular Plates with Central Cutout. Cogent Engineering, Vol. 3, No.1, pp. 53-81, 2016.
[9] Rahul S. E. N., Kushwaha S. K. and Ahmad A. K., Dynamic Analysis of Laminated Composite Plate with Hole. Innovare Journal of Engineering and Amp; Technology, Vol. 3, No.1, pp. 146-154, 2015.
[10] Mohammed H., Hamza cherif S. M. and Houmat V., Free Vibration Analysis of Variable Stiffness Composite Laminate Plate with Circular Cutout. Australian Journal of Mechanical Engineering, pp. 1-17, 2017.
 [11] Huang M. and Sakiyama T., Free Vibration Analysis of Rectangular Plates with Variously- Shaped Holes. Journal of Sound and Vibration, Vol. 226, No.4, pp. 769-786, 1999
[12] Kwak M. K. and Han S., Free Vibration Analysis of Rectangular Plate with a Hole by means of Independent Coordinate Coupling Method. Journal of Sound and Vibration, Vol. 306, No.1, pp. 12-30, 2007.
[13] AL- Araji M. S. H., Gafer A. S. and Saed V., Free Vibration Analysis of Perforated Laminated Composite Square Plates. Journal of University of Babylon, Vol. 26, No.10, pp. 335-345, 2018.
[14] Zhang H., Wang D. and Liu W., Isogeometric- Meshfree Coupled Analysis of Kirchhoff Plates. Advances in Structural Engineering, Vol. 17, No.8, pp. 1159-1176, 2014.
[15] Barry O.R. and Tanbour V., Resonant Frequencies of Perforated Plates with Rectangular Slots. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 232, No.7, pp. 1247-1254, 2016.
[16] Konieczny G. M. G. and Achtelik V., The FEA and Experimental Stress Analysis in Circular Perforated Plates Loaded with Concentrated Force. Frattura ed Integrità Strutturale, Vol. 14, No.51, pp. 164-173, 2019.
[17] Soleimanian S., Davar A., Eskandari Jam J., Zamani, M., Heydari Beni M., Thermal Buckling and Thermal Induced free Vibration Analysis of Perforated Composite Plates: a Mathematical Model. Mechanics of Advanced Composite Structures‎, Vol. 7, No.1, pp. 15-23‎, 2020.
[18] Thai C. H., Kulasegaram S., Tran L. V. and Nguyen-Xuan H., Generalized Shear Deformation Theory for Functionally Graded Isotropic and Sandwich Plates based on Isogeometric Approach. Computers & Structures, Vol. 141, pp. 94-112, 2014.
[19] Fung Y.C., Foundation of Solid Mechanics. Prentice Hall Internatinal, Inc., 1977.
[20] Pety M., Introduction to Finite Element Vibration Analysis., Cambridge [England]; New York: Cambridge University Press, 2010.
[21] Piegl  L.,The NURBS Book. Second Edition. ed. Monographs in Visual Communication., Berlin, Heidelberg, Springer Berlin Heidelberg, 1997.
[22] Cottrell J.A., Hughes T.J. and Bazilevs Y., Isogeometric Analysis: toward Integration of CAD and FEA., John Wiley & Son, 2009.
[23]  نیکویی س. و حسنی ب.، تحلیل ایزوژئومتریک پوسته‌های با شکل آزاد و محاسبه دقیق بردار جهتی آن با استفاده از نظریه‌های کیرشهف-لاو و رایزنر-میندلین. ، مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 50، ش. 4، ص 209-218، 1399.