تحلیل کمانش پوسته مرکب دوانحنایی ساندویچی نسبتاً ضخیم با هسته مشبک و رویه‌های تقویت شده با نانولوله‌های کربنی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک ‌اشتر، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

در تحقیق حاضر برای اولین بار کمانش پوسته‌های مرکب دوانحنائی نسبتاً ضخیم ساندویچی با هسته مشبک و رویه‌های تقویت شده با نانولوله‌های کربنی و تحت بارگذاری استاتیکی محوری به صورت تحلیلی مطالعه شده است. هسته پنل به صورت سازه مشبک و متشکل از سلول‌های شش ضلعی نامنظم است. با استفاده از قانون بهبود یافته مخلوط‌ها، خواص مکانیکی رویه‌های تقویت شده با نانولوله‌های کربنی تعیین شده است. با در نظر گرفتن شرایط مرزی مختلف، معادله کمانش با بکارگیری روش حداقل انرژی پتانسیل و نظریه مرتبه سوم ردی استخراج و با روش ناویر حل شده است. نتایج نشان می‌دهد که تأثیر نانولوله‌های کربنی بر بار کمانش، وابستگی زیادی به پارامترهای هندسی هسته مشبک دارد. با تعیین مناسب مشخصات هسته مشبک، می‌توان به ازای کمترین میزان نانولوله‌های کربنی بیشترین بار کمانش را به دست آورد. مشاهده می‌شود در حالت FG-V به ازای مقدار کمتر نانولوله‌های کربنی (05/0 کسر حجمی)، بیشترین بار کمانش حاصل می‌شود. همچنین، به ازایRx/Ry=2   و توزیع FG-V شرط مرزی کاملاً ساده بیشترین بار کمانش را دارد و در حالتRx/Ry=2   و توزیع UD بیشترین بار کمانش برای پوسته با شرایط مرزی ساده-گیردار حاصل می‌شود. در این نوع پوسته‌ها و بر خلاف پوسته‌های متداول، بیشترین بار کمانش مربوط به شرایط مرزی کاملاً گیردار نمی‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     Noroozi M., Zajkani A.,  Ghadiri M., Dynamic plastic impact behavior of CNTs/fiber/polymer multiscale laminated composite doubly curved shells. International Journal of Mechanical Sciences. Vol. 195, pp. 34-56, 2021. 
[2]     Vinyas M., Harursampath D., Nonlinear vibrations of magneto-electro-elastic doubly curved shells reinforced with carbon nanotubes. Composite Structures. Vol. 253, pp.112-749, 2020. 
[3]     Zhu C., Fang X., Nie G., Nonlinear free and forced vibration of porous piezoelectric doubly-curved shells based on NUEF model. Thin-Walled Structures. Vol.163, pp.23-45, 2021. 
[4]     Tornabene F., Viscoti M., Dimitri R., Aiello M. A., Higher order formulations for doubly-curved shell structures with a honeycomb core. Thin-Walled Structures. Vol.164, pp. 107-129, 2021. 
[5]     Qi Y.-N., Dai H.-L., Deng S.-T., Thermoelastic analysis of stiffened sandwich doubly curved plate with FGM core under low velocity impact. Composite Structures. Vol. 253, pp. 12820, 2020. 
[6]     Jahangiry R., Yahyazadeh R., Sharafkhani N., Maleki V. A., Stability analysis of FGM microgripper subjected to nonlinear electrostatic and temperature variation loadings. Science and Engineering of Composite Materials. Vol. 23, No.2, pp. 199-207, 2016. 
[7]     Rezaee M., Maleki V. A., An analytical solution for vibration analysis of carbon nanotube conveying viscose fluid embedded in visco-elastic medium. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. Vol. 229, No.4, pp. 644-650, 2015. 
[8]     Vahidi Pashaki P., Pouya M., Maleki V. A., High-speed cryogenic machining of the carbon nanotube reinforced nanocomposites: Finite element analysis and simulation. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. Vol. 232, No. 11, pp. 1927-1936, 2018. 
[9]     Z. Ahmad, A. Farzaneh, B., Aleem A., Corrosion behavior of aluminium metal matrix composite. 2011: InTech Open Access Publisher.
[10]   Farzaneh A., Ahmad Z., Can M., Okur S., Mermer O., Havare A. K., The role of hydrophobicity in the development of aluminum and copper alloys for industrial applications. New trends in alloy development, characterization and application. Vol. 239, 2015. 
[11]   Farzaneh A., Mohammadi M., Ahmad Z., Ahmad I., Aluminium Alloys in Solar Power− Benefits and Limitations, in Aluminium Alloys: New Trends in Fabrication and Applications. 2013, USA. pp. 67-89s.
[12]   Farzaneh A., Mohammadzadeh A., Esrafili M. D., Mermer O., Experimental and theoretical study of TiO2 based nanostructured semiconducting humidity sensor. Ceramics International. Vol.45, No.7, pp. 8362-8369, 2019. 
[13]   Farzaneh A., M. Esrafili D., Mermer Ö., Development of TiO2 nanofibers based semiconducting humidity sensor: adsorption kinetics and DFT computations. Materials Chemistry and Physics. Vol.239, pp.121981, 2020. 
[14]   Pourreza T., Alijani A., Maleki V. A., Kazemi A., Nonlinear vibration of nanosheets subjected to electromagnetic fields and electrical current. Advances in nano research. Vol.10, No.5, pp.481-491, 2021. 
[15]   Rahmani O., Khalili S., Malekzadeh K., Hadavinia H., Free vibration analysis of sandwich structures with a flexible functionally graded syntactic core. Composite Structures. Vol. 91, No.2, pp.229-235, 2009. 
[16]   Rahmani O., Khalili S., Malekzadeh K., Free vibration response of composite sandwich cylindrical shell with flexible core. Composite Structures. Vol.92, No.5, pp.45-67, 2010.
[17]   Dastjerdi S., Abbasi M., Yazdanparast L., A new modified higher-order shear deformation theory for nonlinear analysis of macro-and nano-annular sector plates using the extended Kantorovich method in conjunction with SAPM. Acta Mechanica. Vol.228, No.10, pp.3381-3401, 2017. 
[18]   Kheirikhah M., Khalili S., Malekzadeh K., 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. 
[19]   Viola E., Tornabene F., Fantuzzi N., General higher-order shear deformation theories for the free vibration analysis of completely doubly-curved laminated shells and panels. Composite Structures. Vol. 95, pp. 639-666, 2013. 
[20]   Bohlooly M., Mirzavand B., Malekzadeh K., An analytical approach for postbuckling of eccentrically or concentrically stiffened composite double curved panel on nonlinear elastic foundation. Applied Mathematical Modelling. Vol.62, pp.415-435, 2018. 
[21]   Lotfan S., Anamagh M. R., Bediz B., A general higher-order model for vibration analysis of axially moving doubly-curved panels/shells. Thin-Walled Structures. Vol.164, pp.76-89, 2021. 
[22]   Tornabene F., Viscoti M., Dimitri R., Aiello M. A., Higher order formulations for doubly-curved shell structures with a honeycomb core. Thin-Walled Structures. Vol.164, pp.23-45, 2021. 
[23]   Sayyad A. S., Ghugal Y. M., Static and free vibration analysis of doubly-curved functionally graded material shells. Composite Structures. Vol. 269, pp.114-45, 2021. 
[24]   Sobhy M., Zenkour A. M., Vibration analysis of functionally graded graphene platelet-reinforced composite doubly-curved shallow shells on elastic foundations. Steel Compos. Struct. Vol. 33, No. 2, pp.195-208, 2019. 
[25]   Adamian A., Safari K. H., Sheikholeslami M., Habibi M., Al-Furjan M., Chen G., Critical temperature and frequency characteristics of GPLs-reinforced composite doubly curved panel. Applied Sciences. Vol.10, No. 9, pp.32-51, 2020. 
[26] نکویی م. ، محمدی م. ، راغبی م. ، تحلیل کمانش پوسته های استوانه ای کامپوزیتی هیبریدی تقویت شده با الیاف حافظه دار در محیط گرمایی، مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز،  د. 51، ش. 4، ص. 526-517، 1400 
[27] شجاعی ت. ، محمدی ب. ، زیدآبادی نژاد ا. ، صفاری ر. ، تحلیل کمانش ورق های چند لایه کامپوزیتی دارای گشودگی دایروی به روش های نیمه تحلیلی، اجزا محدود و تجربی، مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د. 51، ش. 3، ص. 88-79، 1400
 [28]  Wang T., Wang L., Ma Z., Hulbert G. M., Elastic analysis of auxetic cellular structure consisting of re-entrant hexagonal cells using a strain-based expansion homogenization method. Materials & Design. Vol. 160, pp. 284-293, 2018. 
[29]   Jahanmahin, O., Kirby, D. J., Smith, B. D., Albright, C. A., Gobert, Z. A., Keating, C. D., Fichthorn, K. A. Assembly of gold nanowires on gold nanostripe arrays: simulation and experiment. The Journal of Physical Chemistry C, Vol. 124, No. 17, pp. 9559-9571, 2020.
[30]   Kaabipour, S., & Hemmati, S. A review on the green and sustainable synthesis of silver nanoparticles and one-dimensional silver nanostructures. Beilstein Journal of Nanotechnology, Vol. 12, No. 1, pp. 102-136, 2021.
[31] Rostamijavanani, A. Dynamic buckling of cylindrical composite panels under axial compressions and lateral external pressures. Journal of Failure Analysis and Prevention, Vol. 21, No. 1, pp. 97-106, 2021.
[32]   Charchi, N., Li, Y., Huber, M., Kwizera, E.A., Huang, X., Argyropoulos, C. and Hoang, T. Small mode volume plasmonic film-coupled nanostar resonators. Nanoscale advances, Vol. 2, No. 6, pp. 2397-2403, 2020.
[33]   Pourreza, T., Alijani, A., Maleki, V. A., Kazemi, A. The effect of magnetic field on buckling and nonlinear vibrations of Graphene nanosheets based on nonlocal elasticity theory. International Journal of Nano Dimension, Vol. 13, No. 1, 54-70, 2022.
[34]   Ebrahimi F., Dabbagh A., Vibration analysis of fluid-conveying multi-scale hybrid nanocomposite shells with respect to agglomeration of nanofillers. Defence Technology. Vol.17, No. 1, pp.212-225, 2021. 
[35]   Azarafza R., Davar A., Fayez M., Jam J., Free Vibration of Grid-Stiffened Composite Cylindrical Shell Reinforced with Carbon Nanotubes. Mechanics of Composite Materials. Vol. 56, No. 4, pp.505-522, 2020. 
[36]   Zhu P., Lei Z., Liew K. M., Static and free vibration analyses of carbon nanotube-reinforced composite plates using finite element method with first order shear deformation plate theory. Composite Structures. Vol. 94, No. 4, pp.1450-1460, 2012. 
[37]   H. Mellouli, H. Jrad, M. Wali, F. Dammak, Free vibration analysis of FG-CNTRC shell structures using the meshfree radial point interpolation method. Computers & Mathematics with Applications. Vol.79, No.11, pp.3160-3178, 2020. 
[38]   Qin B., Zhong R., Wang T., Wang Q., Xu Y., Hu Z., A unified Fourier series solution for vibration analysis of FG-CNTRC cylindrical, conical shells and annular plates with arbitrary boundary conditions. Composite Structures. Vol.232, pp.111-123, 2020. 
[39]   Al-Furjan M., Bolandi S. Y., Shan L., Habibi M., Jung D. W., On the vibrations of a high-speed rotating multi-hybrid nanocomposite reinforced cantilevered microdisk. Mechanics Based Design of Structures and Machines. Vol. 56, pp.1-29, 2020. 
[40]   Reddy J., Exact solutions of moderately thick laminated shells. Journal of Engineering Mechanics. Vol.110, No.5, pp.794-809, 1984. 
[41]   Reddy J. N., Mechanics of laminated composite plates and shells: theory and analysis. CRC press. 2003.
[42]   Geng X., Zhao L., Zhou W., Finite-element buckling analysis of functionally graded GPL-reinforced composite plates with a circular hole. Mechanics Based Design of Structures and Machines. Vol.45, pp.1-17, 2020. 
[43]   Kumar L. R., Datta P., Prabhakara D., Tension buckling and dynamic stability behaviour of laminated composite doubly curved panels subjected to partial edge loading. Composite Structures. Vol. 60, No.2, pp.171-181, 2003. 
[44]   Sharan N., Vibration and stability of laminated composite doubly curved shells by a higher order shear deformation theory. ROURKELA, 2011.
[45]   Librescu L., Khdeir A., Frederick D., A shear deformable theory of laminated composite shallow shell-type panels and their response analysis I: free vibration and buckling. Acta Mechanica. Vol.76, No.1, pp.1-33, 1989. 
[46]   Malekzadeh K., Livani M., Ghasemi, F. A. Improved high order free vibration analysis of thick double curved sandwich panels with transversely flexible cores. Latin American Journal of Solids and Structures, Vol.11, pp.2284-2307, 2014.