تحلیل تنش‌های بین‌لایه‌ای در تیرهای کامپوزیتی بر روی بستر الاستیک با استفاده از فنرهای افقی و عمودی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

2 کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

چکیده

در این پژوهش تنش­های بین لایه­ای برشی و عمودی داخل صفحه­ای در تیر کامپوزیتی تیموشنکو، با چیدمان متفاوت که بر روی بستر الاستیک و تحت بارگذاری عرضی قرار دارد، مورد مطالعه قرار گرفته است. از فنرهای افقی و قائم با سختی بالا، در بین لایه­های تیر کامپوزیتی برای مدلسازی رفتار الاستیک تنش­های بین لایه­ای استفاده شده است. معادلات حاکم و شرایط مرزی مسئله با استفاده از اصل کار مجازی استخراج شده و با محاسبه­ی جابجایی لایه­های تیر با استفاده از روش عددی مربع سازی دیفرانسیلی تعمیم یافته، تنش­های بین لایه­ای که در اصل همان عکس العمل فنرهای افقی و قائم بکار گرفته شده بین لایه­هاست، قابل محاسبه است. همچنین با استفاده از معادلات ساختاری و معادلات تعادل، سایر تنش­های موجود در تیر محاسبه و ترسیم شده است. با مقایسه نتایج تحلیل ارائه شده با نتایج حاصل از حل الاستیک سه بعدی می­توان دریافت که روش ارائه شده از دقت مناسب در پیش‌بینی تنش های داخل صفحه­ای برخوردار است. نتایج نشان می دهد تاثیر ضریب وینکلر روی تنش‌های بین لایه ای، کمتر از تاثیر ضریب پاسترناک می باشد. همچنین افزایش ضرایب بستر الاستیک سبب کاهش تنش بین لایه­ای برشی و افزایش تنش عمودی بین لایه ای می­شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Pipes R. B. and Pagano N. J., Interlaminar Stresses in Composite Laminates Under Uniform Axial Loading, Journal of Composite Materials, Vol. 4, No. 4, pp. 538-548, 1970.
[2]  Kassapoglou C. and Lagace P. A.,"An efficient method for the calculationof interlaminar stresses in composite materials, Journal of Applied Mechanics, Vol. 53, pp. 744-750, 1986.
[3] Kassapoglou C. and Lagace P. A., Closed-form solutions for the interlaminar stress field in angle-ply and cross-ply laminates, Journal of Composite Materials, Vol. 21, No. 4, pp. 292-308, 1987.
[4]  Kassapoglou C., Determination of interlaminar stresses in compositelaminates under combined loads, Journal Reinforced Plastics and Composite, Vol. 9, No. 1, pp. 33-58, 1990.
[5]  Lu X., and Liu D., "n interlaminar shear stress continuity theory, In: Proceedings of the Fifth Technical Conference of the American Society for Composites, Lancaster PA: Technomic, pp. 479-483, 1990.
[6]  Wu C. P., and Kuo H. C., Interlaminar stress analysis for laminated composite plates based on a local higher-order lamination theory, Journal of Composite Materials, Vol. 20, No. 4, pp. 237-247, 1992.
[7]  Lee C. Y., and Liu D., An interlaminar stress continuity theory forlaminated composite analysis, Journal of Composite Materials, Vol. 42, No. 1, pp. 69-78, 1992.
[8]  Matsunaga H., Interlaminar stress analysis of laminated composite of beams according to global higher-order deformation theories, Journal of Composite Structures, Vol. 55, pp. 105-114, 2002.
[9]  Tahani M. and Nosier A., Three-dimensional interlaminar stress analysis at free edges of general cross-ply composite laminates, Journal of Materials and Design, Vol. 24, pp. 121–130, 2003.
[10]         Afshin M. and Taheri-Behrooz F., "nterlaminar stresses and edge effects of laminated composite of beams resting on elastic foundation, Journal of Computational Materials, Vol. 96, pp. 439–447, 2015
[11]  Saeedi N., Sab K., Caron J., Analytical Analysis of multi-delaminated under extension using a Layerwise stress model, The 6th International Conference on FRP Composites in Civil Engineering, 2013.
[12]  Li D., Qing G., Liu C. Y., A layerwise/solid-element method for the composite stiffened laminated cylindrical shell structures, Journal of Composite Structure, Vol. 98, pp. 215-227, 2013.
[13]         Salamon N. J., Interlaminar stresses in a layered composite laminatein bending fibre, Journal of science and technology,Vol. 11, pp. 305-317, 1978.
[14]         Savoia M., Laudiero F., and Tralli A., A refined theory for laminated beams Report of meeting New developments in Structural Mechanics, Catania, Mat. Acc. Lincei 1, pp.223-233, 1990.
[15]         Ascio L. and Fraternali F., On the mechanical behavior of laminated curved beams: a simple model wich takes into account the warping effcts, Rend. 1990.
[16]         Reddy J. N., A generalization of two-dimensional theories of laminared composite plates, Communications in Applied Numerical Methods, Meth. 3, pp. 173-180, 1980.
[17]         Reddy J. N., Barbero E. J. and Teply J. L., A plate bending element based on a generalized laminate plate theory, International, Journal for Numerical Methods in Engineering 28, pp. 2275-2292, 1989.
[18]         Ascio L. and Fraternali F., A penalty model for the analysis of laminated curved beams, Journal of Computational Materials, Vol. 45 , pp. 985-999, 1992.
[19]         Fraternali F. and Reddy J. N., A penalty model for the analysis of laminated composite shells, International Journal of Solids and Structures, Vol. 30, No. 24, pp. 3337-3355, 1993.
[20]  Baghani M., Jafari-Talookolaei R.A., Salarieh H., Large amplitudes free vibrations and postbuckling analysis of unsymmetrically laminated composite beams on nonlinear elastic foundation, Applied Mathematical Modeling, Vol. 35, pp. 130–138, 2011.
[21]  Nedri K., Meiche N. El., Tounsi., A. Free Vibration Analysis of Laminated Composite PlatesResting on Elastic Foundations by Using a Refined Hyperbolic Shear Deformation Theory, Journal of Mechanics of Composite Materials, Vol. 49, pp. 629-640, 2014.
 [22] Bert, C. W. and Malik, M., Differential quadrature method in computational mechanics: a review, Journal of Applied Mechanics Reviews, 1996,Vol. 49, pp. 1-27,1969.
[23]         Du H., and Lim M. K., "Application of generalized differential quadrature to vibration analysis", Journal of Sound and Vibration, Vol. 181, pp. 279-273, 1995.
[24]         Wu Y. L. and Shu C., Development of RBF-DQ method for derivative approximation and its application to simulate natural convection in concentric annuli, Journal of Computational Mechanics, Vol. 29, pp. 477-485, 2002.
[25]         Pagano N. J., Exact solutions for composite laminates in cylindrical bending, Journal of Compositeb Materials, Vol. 42, No. 1, pp. 398–411,1969.