تحلیل کمانش پوسته‌های استوانه‌ای کامپوزیتی هیبریدی تقویت شده با الیاف حافظه‌دار در محیط گرمایی

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، واحد کهنوج، دانشگاه آزاد اسلامی، کهنوج، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه ولی عصر رفسنجان، رفسنجان، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

وسایل پرنده سرعت بالا به‌دلیل حرارت آیرودینامیک عموما تحت تاثیر تغییرات دمایی می‌باشند که این باعث کاهش عملکرد در اثر ناپایداری می‌شود. آلیاژهای حافظه‌دار به‌دلیل تولید نیروی کششی بزرگ با افزایش دما، می‌توانند جهت تقویت چنین سازه‌هایی مورد استفاده قرار گیرند. در این پژوهش، کمانش محوری پوسته‌های استوانه‌ای کامپوزیتی تقویت شده با الیاف حافظه‌دار نایتینول مطالعه شده است. خواص الیاف حافظه‌دار با استفاده از مدل برینسون محاسبه و معادلات حاکم بر اساس تئوری کلاسیک پوسته با در نظر گرفتن غیرخطی هندسی ون کارمن و تقریب اول لاو به کمک حالت استاتیکی جابجایی مجازی استخراج شده است. برای حل معادلات از روش مربعات تفاضلی تعمیم‌یافته در جهت طولی استفاده گردیده و اثر پیش کرنش، کسر حجمی و موقعیت الیاف حافظه‌دار بر بار بحرانی کمانش پوسته‌های استوانه‌ای در شرایط مرزی مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد، استفاده درصد کمی از الیاف حافظه‌دار دارای پیش کرنش، بار بحرانی کمانش را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. همچنین، استفاده از الیاف حافظه‌دار در جهت طولی و در لایه نزدیک به سطح داخلی استوانه نتیجه مطلوبی در افزایش بار بحرانی کمانش دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Cross W. B., Kariotis A. H., and Stimler F. J., Nitinol characterization study. NASA CR-1433, 1969.
[2]  Lagoudas D. C., Shape memory alloys: modeling and engineering applications. Springer Science & Business Media, New York, 2008.
[3]  Sayyaadi H., Zakerzadeh M. R., and Salehi H., A comparative analysis of some one-dimensional shape memory alloy constitutive models based on experimental tests. Scientia Iranica, Vol. 19, No. 2, pp. 249-257, 2012.
[4]  Kuo S. Y., Shiau L. C., and Chen K. H., Buckling analysis of shape memory alloy reinforced composite laminates. Composite Structures, Vol. 90, No. 2, pp. 188-195, 2009.
[5]  Panda S. K., and Singh B. N., Thermal post-buckling analysis of a laminated composite spherical shell panel embedded with shape memory alloy fibres using non-linear finite element method. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, Vol. 224, No. 4, pp. 757-769, 2010.
[6]  Shiau L. C., Kuo S. Y., and Chang S. Y., Postbuckling of shape memory alloy reinforced cross-ply and angle-ply laminated plates. Journal of Mechanics, Vol. 27, No. 4, pp. 559-566, 2011.
[7]  Roh J. H., Oh I. K., Yang S. M., Han J. H., and Lee I., Thermal post-buckling analysis of shape memory alloy hybrid composite shell panels. Smart Materials and Structures, Vol. 13, No. 6, pp. 1337-1344, 2004.
[8]  Sil’chenko L. G., Movchan A. A., and Sil’chenko O. L., Stability of a cylindrical shell made of a shape-memory alloy. International Applied Mechanics, Vol. 50, No. 2, pp. 171-178, 2014.
[9]  Soltanieh G., Kabir M. Z., and Shariyat M., Snap instability of shallow laminated cylindrical shells reinforced with functionally graded shape memory alloy wires. Composite Structures, Vol. 180, pp. 581-595, 2017.
[10]         Asadi H., Kiani Y., Aghdam M. M., and Shakeri M., Enhanced thermal buckling of laminated composite cylindrical shells with shape memory alloy. Journal of Composite Materials, Vol. 50, No. 2, pp. 243-256, 2016.
[11]         Bayat Y., and EkhteraeiToussi H., Exact solution of thermal buckling and post buckling of composite and SMA hybrid composite beam by layerwise theory. Aerospace Science and Technology, vol. 67, pp. 484-494, 2017.
[12]         Nekouei M., Raghebi M., and Mohammadi M., Free vibration analysis of laminated composite conical shells reinforced with shape memory alloy fibers. Acta Mechanica, Vol. 230, No. 12, pp. 4235-4255, 2019.
[13]         Nekouei M., Raghebi M., and Mohammadi M., Free vibration analysis of hybrid laminated composite cylindrical shells reinforced with shape memory alloy fibers. Journal of Vibration and Control, Vol. 26, No. 7-8, pp. 610-626, 2020.
[14]         Brinson L. C., One-dimensional constitutive behavior of shape memory alloys: thermomechanical derivation with non-constant material functions and redefined martensite internal variable. Journal of intelligent material systems and structures, Vol. 4, No. 2, pp. 229-242, 1993.
[15]         Auricchio F., and Sacco E., A one-dimensional model for superelastic shape-memory alloys with different elastic properties between austenite and martensite. International Journal of Non-Linear Mechanics, Vol. 32, No. 6, pp. 1101-1114, 1997.
[16]         Chamis C. C., Simplified composite micromechanics equations for hygral, thermal and mechanical properties. Reinforced Plastics Composites Institute Houston Texas, NASA Technical Memorandum 83320, 1983.
[17]         Qatu M. S., Vibration of laminated shells and plates. Elsevier, Bloomfield, Michigan, 2004.
[18]         Lee H., and Kwak M. K., Free vibration analysis of a circular cylindrical shell using the Rayleigh–Ritz method and comparison of different shell theories. Journal of Sound and Vibration, Vol. 353, pp. 344-377, 2015.
[19]         Reddy J. N., Mechanics of laminated composite plates and shells: theory and analysis. CRC press, New York, 2004.
[20]         Akbari M., Kiani Y., and Eslami M. R., Thermal buckling of temperature-dependent FGM conical shells with arbitrary edge supports. Acta Mechanica, Vol. 226, No. 3, pp. 897-915, 2015.
[21]         Brush D. O., and Almroth B. O., Buckling of bars, plates, and shells. McGraw-Hill Inc, New York, 1975.
[22]         Shu C., Differential quadrature and its application in engineering. Springer Science & Business Media, 2012.
[23]         Nosier A., and Reddy J. N., Vibration and stability analyses of cross-ply laminated circular cylindrical shells. Journal of Sound and Vibration, Vol. 157, No. 1, pp. 139-159, 1992.
[24]         Shen H. S., Thermal postbuckling of shear deformable FGM cylindrical shells with temperature-dependent properties. Mechanics of Advanced Materials and Structures, Vol. 14, No. 6, pp. 439-452, 2007.