تئوری برشی مرتبه اول
در نشریات گروه مکانیک-
ورق های ساندویچی به عنوان اعضای سازه ای، به علت وزن مخصوص پایین، مقاومت در برابر خستگی و نیز مقاومت خمشی بالا در سازه های صنعتی و پروژه های بزرگ عمرانی مورد توجه بسیار قرار گرفته اند. از آنجا که سازه های صنعتی معمولا تحت بارهای دینامیکی قرار می گیرند، لرزش صفحات می تواند منجر به آسیب سازه ها شود به ویژه وقتی فرکانس تحریک نزدیک به فرکانس طبیعی سازه باشد. بنابراین تحلیل ارتعاش غیرخطی ورق های ساندویچی یکی از موضوعات پر کاربرد در دینامیک سازه ها به شمار می رود. در این مقاله ارتعاش آزاد غیرخطی ورق های ساندویچی با هسته ویسکوالاستیک بر اساس فرضیات ون کارمن و با استفاده از تئوری برشی مرتبه اول مورد مطالعه قرار می گیرد. خواص ویسکوالاستیک هسته ی ورق از قانون انتگرال بولتزمن پیروی می کند. همچنین از تبدیل لاپلاس برای تبدیل معادلات از حوزه زمان به دامنه لاپلاس استفاده می شود. برای گسسته سازی معادلات از روش عددی نوار محدود استفاده می شود. در نهایت با حل عددی مسئله ای مقدار ویژه در حوزه لاپلاس کارسون فرکانس های غیرخطی ورق های ساندویچی با هسته ویسکوالاستیک با دامنه های ارتعاش متفاوت محاسبه می شوند. نتایج نشان می دهد که با افزایش دامته ارتعاش و ضرایب تابع آسودگی هسته ویسکوالاستیک نسبت فرکانس های غیرخطی در این گونه از ورق ها کاهش می یابد.کلید واژگان: ورق های ساندویچی، هسته ویسکوالاستیک، روش نوار محدود، ارتعاش آزاد غیرخطی، انتگرال بولتزمن، فرضیات ون کارمن، تئوری برشی مرتبه اولSandwich plates as structural members, have received a lot of attention in industrial structures and large construction projects due to their low specific weight, resistance to fatigue and high bending strength. Since Industrial structures are commonly reposed to dynamic loads, plate vibration can result in injury to structures, especially when the excitation frequency is close to the natural frequency of the structure. Therefore, nonlinear vibration analysis of plates is one of the most attended topics in the dynamics of structures. In this article, the nonlinear free vibration of sandwich plates with a viscoelastic core is studied based on von Karman's assumptions and using the First-order shear deformation theory. The viscoelastic properties of the plate core follow Boltzmann's integral law. Also, the Laplace transform is used to convert equations from the time domain to the Laplace domain. For the discretization of the equations, the finite strip numerical method is used. Finally, by numerically solving an eigenvalue problem in the Laplace-Carson domain, the nonlinear frequencies of sandwich plates with a viscoelastic core with different vibration amplitudes are calculated. The results show that, with the increase of the vibration amplitude and the coefficients of the relaxation function of the viscoelastic core, the ratio of the nonlinear frequencies decreases in this type of plates.Keywords: Sandwich Plates, Viscoelastic Core, Finite Strip Method, Nonlinear Free Vibration, Boltzmann's Integral, Von Karman's Assumptions, First-Order Shear Deformation Theory
-
این مقاله تحلیل ارتعاشات دامنه بزرگ تیرهای متخلخل مدرج هدفمند دو جهته در شرایط مرزی مختلف را با استفاده از نظریه تغییر شکل برشی مرتبه سوم و تانسور گرین و غیر خطی بودن هندسی ون کارمن بررسی می کند. خواص مواد این تیرها با توجه به قانون توانی و نمایی در دو جهت تغییر می کند. معادلات حرکت و شرایط مرزی مرتبط با استفاده از اصل همیلتون به دست آمده است. برای حل سیستم معادلات، روش ترکیبی مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته همراه با یک روش تکرار عددی مستقیم ایجاد شده است. پس از اثبات همگرایی این روش، از نتایج استخراج شده از یک مطالعه قبلی بر اساس نظریه برشی تیموشنکو برای اعتبار سنجی نتایج استفاده می شود. سپس تاثیر شاخص های گرادیان مواد در دو جهت، نسبت دامنه فرکانس، ضریب تخلخل، اثر باریک شوندگی مقطع، پارامترهای بستر برشی و الاستیک و شرایط مرزی مختلف بر فرکانس های دامنه بزرگ تیرهای مدرج هدفمند مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که رفتار فرکانس های غیر خطی بی بعد با افزایش ضرایب بستر و ضریب باریک شوندگی افزایش یافته و افزایش در ضریب تخلخل و گرادیان ماده در دو جهت، سبب کاهش در فرکانس های غیر خطی می شود، این نتایج در طراحی بهینه تیرهای دو جهته تاثیر گذار بوده و در روش های پیش بینی و کشف مودهای شکست این تیرها بسیار موثر است.
کلید واژگان: ارتعاشات دامنه بزرگ، تیر مدرج هدفمند دوجهته، تخلخل، مقطع باریک شونده، تئوری برشی مرتبه سومThis Paper deals with the large amplitude frequency behavior of porous bi-directional functionally graded beams subjected to various boundary conditions which are simply supported, clamped-simply supported, clamped-clamped, and clamped-free utilizing Reddy third-order shear deformation theory and Green’s tensor together with the Von Karman geometric nonlinearity. The material properties of the beam change according to power and exponential law in both directions. The equations of motion and associated boundary conditions are derived by means of Hamilton’s principle. A generalized differential quadrature method in conjunction with a direct numerical iteration method is selected to solve the system of equations. Demonstrating the convergence of this method, the verification is performed by using extracted results from a previous study based on the Timoshenko beam theory. The results of extensive studies are provided to understand the influences of the different gradient indexes, vibration amplitude ratio, porosity coefficient, Tapered ratio, shear and elastic foundation parameters, and boundary conditions on the Large amplitude vibration frequencies of the bi-directional functionally graded beams. The results reveal that non-linear frequencies increase with the rise of elastic foundation and tapered coefficients and the soar of porosities and material gradients in two directions causes a sharp decrease in non-dimensional frequencies. The results of this study, while carefully examining the frequencies of variable cross-sectional functionally graded beams, are effective in the optimal design of bi-directional beams and are very effective in predicting and detecting failure modes of these beams.
Keywords: Large-Amplitude Vibration, Bi-Directional Functionally Graded Beam, Porous, Variable Cross Section, Third Order Shear Deformation Theory -
در این مقاله، ارتعاشات آزاد و اجباری تیر چرخان از جنس FGM با لایه پیزوالکتریک با شرایط مرزی یکسرگیردار و بر اساس تیوری تغییر شکل برشی مرتبه اول مورد بررسی قرار گرفته است. با محاسبه انرژی های جنبشی و پتانسیل سازه و به کار بردن روش ریلی- ریتز و به کمک سری های چبیشف، فرکانس های طبیعی محاسبه شده است. نتایج نشان داده است که با حضور سرعت زاویه ای و یا اضافه شدن یک لایه پیزوالکتریک فرکانس طبیعی تیر افزایش می یابد. همچنین ملاحظه شد که ازدیاد ولتاژ اعمالی به لایه پیزوالکتریک و نیز افزایش شعاع هاب باعث افزایش فرکانس طبیعی گردیده است. از طرف دیگر پاسخ دینامیکی تیر در اثر شرایط اولیه جابجایی و سرعت بررسی شده است. نتایج حاصل تطابق خوبی با نتایج حاصل از مرجع معتبر و نرم افزار Abaqus داشته است. در بخش ارتعاش اجباری اثر نیروهای هارمونیک، پله ای و شبه ضربه روی خیز تیر بررسی شده است. نتایج نشان داده است که با افزایش سرعت زاویه ای تیر و همچنین افزایش ولتاژ لایه پیزوالکتریک، دامنه ارتعاشات تیر FGM با لایه پیزوالکتریک کاهش می یابد.
کلید واژگان: ارتعاشات آزاد و اجباری، تیر چرخان، FGM، لایه پیزوالکتریک، تئوری برشی مرتبه اول، فرکانس طبیعیThe free and forced vibration of rotating FGM beam with piezoelectric layer using first order shear deformation theory and fixed-free boundary condition have been studied in this article. Rayleigh-Ritz method with Chebyshev series are applied to find the natural frequencies. The results showed the natural frequencies are increased as a result of increasing angular velocity or adding piezoelectric layer. More increasing the natural frequencies are caused by applying the voltage on piezoelectric layer or by increasing hub radius. Moreover, the dynamic response of the beam cause by initial conditions is studied. The frequency of the dynamic response was very near to the first natural frequency of the beam. The results had a good agreement with known reference and Abaqus software results. Also, the influence of harmonic, step and impulse force on forced vibration of the beam has been studied. Decreasing the vibration amplitude of the beam is caused by applying angular velocity and piezoelectric voltage.
Keywords: : Free, forced vibration, Rotating beam, FGM, Piezoelectric layer, FSDT, Natural frequency -
این مقاله به بررسی ارتعاشات در یک ورق ساندویچی متشکل از دو رویه از جنس مواد مگنتوستریکتیو و هسته کامپوزیتی می پردازد. هسته کامپوزیتی با نانوالیاف از جنس نانولوله های کربنی تقویت شده است و خواص آن به کمک روش اختلاط و روابط میکرومکانیکی محاسبه می شود. رویه ها تحت تاثیر یک میدان مغناطیسی خارجی مگنتیزه شده و کوپل مگنتومکانیکی در آن اتفاق می افتد در این شرایط به کمک یک سیستم کنترلی متاثر از پارامتر تنظیم کننده فرکانس می توان فرکانس ارتعاشات سازه را تغییر داد و از آن برای کنترل ارتعاشات استفاده نمود. معادلات حرکت در سه لایه، به کمک تئوری برشی مرتبه سوم با عنوان تئوری ردی، روش انرژی و اصل هامیلتون استخراج می شود. برای محاسبه فرکانس ارتعاشات ورق ساندویچی از روش تفاضل مربعات دیفرانسیلی استفاده می شود. این روش عددی به کمک ضرایب وزنی نتایج مطلوب و نزدیک به حل دقیق را ارائه می دهد. یافته های این تحقیق اثر پارامتر تنظیم کننده ارتعاشات و خواص هندسی ورق کامپوزتی را بر فرکانس ارتعاشات سازه نشان می دهد. نتایج این پژوهش می تواند در صنایع دریایی، هوافضا و عمران مورد استفاده قرار گیرد.کلید واژگان: ورق ساندویچی، پارامتر تنظیم کننده فرکانس، نانوکامپوزیت تقویت شده، مواد مگنتوستریکتیو، تئوری برشی مرتبه سومIn this research, the free vibration of a sandwich plate made of smart magnetostrictive face sheets and polymer composite core is studied. The effective elastic properties of carbon nanotube-reinforced composite are obtained by the rule of the mixture and micromechanical approach. A feedback control system follows the magnetization effect of Terfenol-D films on the vibration characteristics of a sandwich plate. Considering velocity feedback control gain value, the dimensionless frequency of sandwich plate can be changed to desired values due to magneto-mechanical coupling in magnetostrictive materials. The equations of motions are derived using Reddy’s third-order shear deformation theory, energy method, and Hamilton’s principle. The differential quadrature method (DQM) as a numerical method is used for calculating the vibration frequency of the sandwich plate. This numerical method presents the optimal results using weighting coefficients. The findings of this study show the effect of the vibration control system and geometrical properties of the composite sheet on vibration frequency of structures. These findings can be used in marine, aerospace, and civil industries.Keywords: Sandwich Plate, Feedback Control System, Reinforced Nanocomposites, Magnetostrictive Materials, Third Order Shear Deformation Theory
-
تحلیل ناپایداری دینامیکی ورق های مستطیلی نسبتا ضخیم تحت تحریک جرم دوار مبتنی بر تئوری برشی مرتبه اولدر این مقاله، پایداری دینامیکی ورق مستطیلی نسبتا ضخیم حامل جرم دوار و واقع بر بستر ویسکوالاستیک مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور با در نظر گرفتن همه ترم های اینرسی جرم متحرک و استفاده از تئوری برشی مرتبه اول ورق، معادلات حاکم بر رفتار دینامیکی سیستم استخراج شده است. سپس با به کارگیری روش گالرکین به همراه توابع شکل مثلثاتی، معادلات پاره ای استخراج شده برای ورق نسبتا ضخیم با تکیه گاه های ساده، به معادلات دیفرانسیل معمولی تبدیل شده است. در اثر حرکت تناوبی جرم در طول مسیری دایره ای روی سطح ورق، معادلات حاکم معادلاتی با ضرایب متناوب هستند. در ادامه با حل این معادلات توسط روش نیمه تحلیلی هارمونیک بالانس نموی، اثرات پارامترهایی شامل ضخامت نسبی ورق، شعاع مسیر حرکتی و ضرایب سفتی و استهلاک بستر ویسکوالاستیک بر ناپایداری سیستم مورد تحلیل قرار گرفته است. با مقایسه نتایج پیش بینی شده توسط روش هارمونیک بالانس نموی در تعیین نواحی پایدار و ناپایدار با نتایج حل عددی، تطابق بسیار خوبی مشاهده شده است. نتایج حاکی از این است که با افزایش شعاع مسیر حرکتی، وسعت ناحیه ناپایدار در صفحه فرکانس- جرم بار دوار افزایش پیدا می کند. به علاوه، با افزایش سفتی و استهلاک بستر، سیستم به سمت پایداری بیشتر میل می کند.کلید واژگان: ورق- جرم دوار، تئوری برشی مرتبه اول، پایداری دینامیکی، تشدید پارامتریک، روش هارمونیک بالانس نمویIn this paper, the dynamic stability of a moderately thick rectangular plate carrying an orbiting mass and lying on a visco-elastic foundation is studied. Considering all inertial terms of the moving mass and using plate first-order shear deformation theory, the governing equations on the dynamic behavior of the system are derived. The Galerkin’s method on the basis of trigonometric shape functions is applied to change the coupled governing partial differential equations to a system of ordinary differential equations. Due to the alternative motion of the mass along the circular path over the plate’s surface, the governing equations are the equations with the periodic constant. Applying the semi-analytical incremental harmonic balance method, the influences of the relative thickness of the plate, radius of the motion path, and stiffness and damping of the visco-elastic foundation on the instability conditions of the system are investigated. A good agreement can be observed by comparing the predicted results of the incremental harmonic balance method with the numerical solution results. Based on the findings, increasing the radius of the motion path broadens the instability regions. Moreover, increasing the stiffness and damping of the foundation cause the system more stable.Keywords: Plate-Orbiting Mass, First-Order Shear Deformation Theory, Dynamic Stability, Parametric Resonance, Incremental Harmonic Balance Method
-
در این مقاله، یک حل تحلیلی برای کمانش ورق های قطاعی حلقوی متخلخل ارائه شده است. ابتدا معادلات تعادل و شرایط مرزی ورق، طبق فرضیات تئوری برشی مرتبه اول ورق و با استفاده از اصل حداقل انرژی پتانسیل به دست آمده اند. سپس معادلات پایداری ورق بر حسب جابجایی های بسیار کوچک و با استفاده از معیار تعادل همسایگی استخراج شده اند. به دلیل وابستگی شدید در معادلات دیفرانسیل پایداری حاصله، ارائه حل تحلیلی برای آن ها به آسانی امکان پذیر نیست. از این رو، با تعریف چهار تابع کمکی و انجام یک سری عملیات ریاضی، معادلات به هم وابسته پایداری از هم جدا شده و به دو معادله دیفرانسیل مستقل از هم تبدیل شده اند. پس از حل این معادلات مستقل، با در نظر گرفتن شرایط مرزی تکیه گاه ساده در لبه های شعاعی و شرایط مرزی دلخواه در لبه های محیطی بار بحرانی کمانش محاسبه شده است. در بخش نتایج عددی، تاثیر پارامترهای مختلف هندسی نظیر زاویه قطاع، ضخامت و شعاع داخلی ورق، همچنین تاثیر میزان تخلخل ورق بر بار بحرانی کمانش آن به ازای شرایط مرزی دلخواه روی لبه های محیطی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل شده نشان می دهد که اثر افزایش میزان تخلخل موجود در ورق در کاهش بار بحرانی کمانش، به مراتب کمتر از اثر پارامترهای هندسی و شرایط مرزی است.کلید واژگان: کمانش، ورق قطاعی حلقوی، تئوری برشی مرتبه اول، معیار تعادل همسایگی، تخلخلIn this article, an analytical solution for buckling of annular sectorial porous plates, is presented. At first, based on first order shear deformation plate theory, the governing equilibrium equations and boundary conditions are obtained using minimum total potential energy principle. Then, the stability equations of the plate, are derived in terms of infinitesimal displacements using adjacent equilibrium criterion. Since these equations are highly coupled, it is so difficult to find an analytical solution for them. So, by introducing four auxiliary functions and doing some mathematical manipulations, the stability equations are decoupled and converted to two independent differential equation which can be solved analytically. For this purpose, it has been assumed the simply supported boundary conditions for the radial edges and desired boundary conditions for the circumferential edges of the plate. Finally, the critical buckling load has been calculated for different conditions of the plate. In section of numerical results, the effect of different geometrical parameters, such as sector angle, thickness and inner radius of the plate, also effect of porosity of the plate upon the critical buckling load has been studied for different arbitrary boundary conditions on circumferential edges. The result show that the effect of increase in porosity of the plate upon decrease of the critical buckling load is significantly fewer than the effect of geometrical parameters and the boundary conditions.Keywords: Buckling, Annular Sectorial Plate, First order Shear Deformation Plate Theory, Adjacent Equilibrium Criterion, Porosity
-
در این مقاله ارتعاشات پوسته ی استوانه ای کامپوزیتی با مایع داخلی و با شرایط مرزی دو سر ساده بررسی شده است. پوسته از کامپوزیت چند لایه تشکیل شده است . برای حل معادلات حاکم بر پوسته از تئوری برشی مرتبه اول استفاده می شود. روابط کرنش- تغییر مکان و انحناء- تغییر مکان بر مبنای تقریب اول لاو نوشته شده است، فرکانس های طبیعی پوسته استوانه ای کامپوزیتی محتوی سیال، از روش انرژی و بر اساس اصل انرژی پتانسیل کمینه محاسبه شده است . سیال ایده آل فرض شده است . بر مبنای معادلات و روابطی که از حل تحلیلی بدست آمده اند، یک کد کامپیوتری به زبان متلب به منظور به دست آوردن جواب برای تحلیل ارتعاشات پوسته نوشته شده است. برای بررسی دقت نتایج به دست آمده، پوسته استوانه ای کامپوزیتی در نرم افزار آباکوس مدلسازی شده و آنالیز مودال در مورد آن انجام شده است. همچنین اثر پارامترهای مختلف از جمله وجود سیال، چگالی و ارتفاع سیال، زاویه الیاف و برخی پارامترهای هندسی بر فرکانس های طبیعی پوسته در دو حالت پوسته خالی و محتوی سیال بررسی شده است. پاسخ دینامیکی گذرای پوسته محتوی سیال تحت بار ضربه ای جانبی بر اساس روش جمع مودها به دست آمده است. در پایان اثر بارگذاری پایا و فرکانس تحریک بر ارتعاشات پوسته استوانه ای کامپوزیتی محتوی سیال بررسی -شده است.کلید واژگان: پوسته استوانه ای، ارتعاشات اجباری، تئوری برشی مرتبه اولThe present study was aimed at investigating the vibration of composite cylindrical shell filled with internal liquid with simple two-headed boundary conditions. The shell was composed of multilayer composite. First-order shear theory was employed to solve the governing equations of the shell. First loves approximation theory was utilized to write strain-displacement and curvature-displacement equations. Natural frequencies of the composite cylindrical shell filled with fluid were calculated using minimum potential energy principle. The fluid was supposed to be ideal. According to the equations that were obtained through analytical solution, a computerized code was written using MATLAB software in order to achieve an answer for analyzing the vibrations of the shell. In order to make sure about the precision of the results, the composite cylindrical shell was modelled in Abacus Software, and modal analysis was carried out for it. Moreover, the effect of different parameters such as presence of fluid, the density and height of the fluid, the orientation of the fibers, and some geometrical parameters on the natural frequencies of the shell were investigated in empty and filled states of the shell. The transient dynamic response of the composite cylindrical shells filled with internal liquid that was under lateral impulse load was calculated through the principle of mode superposition. Finally, the effect of stable load and motivation frequency on the vibrations of the composite cylindrical shell was examined.Keywords: Cylindrical shell, Forced vibration, First-order shear theory
-
در این مقاله نحوه تغییرات بار بحرانی ورق های ویسکو الاستیک به روش نوار محدود بررسی می شود. خاصیت ویسکو الاستیسیته باعث تغییر پارامترهایی مثل مدول الاستیسیته مواد در طول زمان بارگذاری می شود. در مقاله پیش رو خاصیت ویسکو الاستیسیته به کمک سری پرونی مدل شده و روش نوار محدود بر آن بازنویسی گردیده است. پس از آن به کمک روش جداسازی زمانی رابطه کار مجازی در بازه های زمانی کوچک تقریب زده شده و مساله به صورت یک مساله مقادیر اولیه آنالیز می گردد به گونه ای که پاسخ های بدست آمده در هر زمان به پاسخ های زمان قبل وابسته خواهد بود. پس از آن رابطه کار مجازی برای نیروهای درون صفحه بازنویسی شده و به کمک آن مساله کمانش ورق ها بررسی شده است. بار کمانشی ورق ها به کمک یک روند غیر خطی در زمان های مختلف برآورد شده و نتایج آن در زمان اولیه با پاسخ های ماده الاستیک مقایسه شده است. در ادامه اثرات تغییر ضخامت، ابعاد ورق و بارگذاری دو محوره نیز مورد بررسی قرار گرفته است.کلید واژگان: صفحات ویسکو الاستیک، کمانش، صفحات ضخیم، تئوری برشی مرتبه سوم، روش نوار محدودTime depended deformation and critical buckling load of viscoelastic thick plates were studied using finite strip method with the trigonometric functions in longitudinal direction and the polynomial functions in transverse direction. The plates were considered to be thick and the third order shear deformation theory was used to consider the effect of shear stresses in thickness. The mechanical properties of the material were considered to be linear viscoelastic by expressing the relaxation modulus in terms of Prony series. Time history of maximum deflection of viscoelastic plates subjected to transverse loading and unloading on plates was calculated using a fully discretized formulation. In addition, the critical in-plane load of plates was calculated by a nonlinear procedure in different times of loading. Moreover, the effect of thickness and the interaction of biaxial in-plane loading on critical load of plate were studied. The results show that the interaction curves of biaxial critical load of viscoelastic plates have the linear behavior for all time of loading.Keywords: Viscoelastic Plates, Buckling, Thick Plates, Third Order Shear Deformation Theory, Finite strip Method
-
هدف اصلی از این تحقیق، تحلیل غیرخطی کمانش پوسته های استوانه ای از جنس مواد تابعی تحت بارگذاری مکانیکی به کمک روش رهایی پویا می باشد. خواص مکانیکی پوسته ی تابعی در جهت ضخامت و با استفاده از سه مدل توابع قانون توانی، نمایی و موری - تاناکا تعیین شده است. نسبت پواسون برای مدل های قانون توانی ساده و تابع نمایی ثابت درنظر گرفته شده است ولی در مدل موری– تاناکا تغییرات نسبت پواسون به صورت تابعی در راستای ضخامت تعیین شده است. معادلات غیرخطی با استفاده از تئوری تغییرشکل های برشی مرتبه اول و فرضیه تغییرشکل های بزرگ فون کارمن و به فرم نموی ارائه گردیده اند. برای حل معادلات غیرخطی نموی از روش رهایی پویا و اختلاف محدود استفاده شده است. به منظور اعتبار سنجی روش حل و نتایج تحلیل به مقایسه پاسخ های روش حل حاضر با گزارش های موجود در مقالات در زمینه پوسته های استوانه ای همسانگرد و همچنین نتایج حاصل از مدل سازی در نرم افزار آباکوس پرداخته شده است. در انتها اثرات پارامتر های مختلفی همچون شرایط مرزی گوناگون، توان ماده تابعی، نسبت شعاع به ضخامت، نسبت طول به شعاع و تغییرات نسبت پواسون در راستای ضخامت برای کمانش پوسته های استوانه ای مورد بررسی قرار گرفته است.
کلید واژگان: کمانش، روش رهایی پویا، مواد تابعی، تئوری برشی مرتبه اولThe main purpose of this study is to investigate nonlinear buckling analysis of Functionally Graded (FG) cylindrical shells under uniform axial compressive loads by dynamic relaxation (DR) method. The mechanical properties of shell vary continuously throughout the thickness direction according to the power-law، exponential function and the Mori-Tanaka distribution. The poisson’s ratio of the FG cylindrical shell is constant for power-law and exponential function. But in the Mori-Tanaka distribution variations of poisson''s ratio is determined as a function of the thickness direction. The incremental form of nonlinear formulations are based on first order shear deformation theory (FSDT) and large deflection von Karman equations. The DR method combined with the finite difference discretization technique is employed to solve the equilibrium equations. Some comparison study is carried out to compare the current solution with the results reported in the literature and the ones obtained by the Abaqus finite element software for the isotropic cylindrical shells. Finally، numerical results are presented for critical buckling load with various boundary conditions، grading indices، radius -to- thickness ratio، length -to- radius ratio and variation of poisson’s ratio.Keywords: Buckling, Dynamic Relaxation Method, Functionally Graded Material, Fisrt Order Shear Deformation Theory -
در این مقاله، خمش غیرخطی صفحه کامپوزیتی تقویت شده با نانولوله های کربنی تک جداره تحت بار یکنواخت مکانیکی و گرادیان حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. چهار نوع توزیع برای نانولوله های کربنی در راستای ضخامت صفحه در نظر گرفته شده است، که شامل یک توزیع یکنواخت و سه نوع توزیع تابعی می باشد. خواص مواد نانولوله های کربنی تک جداره از طریق شبیه سازی دینامیکی انجام شده در مراجع گرفته شده است و سپس خواص ماده کامپوزیتی حاصل در هر نقطه از طریق قانون اختلاط ساده به دست آمده است. معادلات حاکم بر اساس تئوری برشی مرتبه اول صفحات و کرنش های غیرخطی فون کارمن به دست آمده است. سپس دستگاه معادلات غیر خطی کوپل به کمک ترکیب روش های آزادسازی دینامیکی و اختلاف محدود برای به دست آوردن نتایج حل شده است. در ادامه به مقایسه پاسخ های روش حل حاضر با برخی گزارش های موجود در مقالات پرداخته شده است و مطابقت خوب بدست آمده حاکی از صحت و دقت روش عددی بکار رفته می باشد. به منظور بررسی دقیق رفتار خمشی این صفحات، مطالعه پارامتری بر روی اثرات کسر حجمی نانولوله ها، نوع چیدمان نانولوله ها و نسبت ابعادی صفحه نانوکامپوزیتی در شرایط تکیه گاهی متفاوت انجام شده است.
کلید واژگان: خمش غیرخطی، نانولوله های کربنی، آزادسازی دینامیکی، تئوری برشی مرتبه اولNonlinear bending of a functionally graded nanocomposite plate reinforced by aligned and straight single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) subjected to a uniform transverse load and thermal load is investigated. The material properties of the nanocomposite plate are assumed to be graded in the thickness direction، Four types of distributions of the reinforcement material are considered، that is، uniform and three kinds of functionally graded distributions of carbon nanotubes along the thickness direction of plates. The material properties of SWCNT are determined according to molecular dynamics (MDs)، and then the effective material properties at a point are estimated according to the rule of mixture. The equilibrium equations are based on first-order shear deformation plate theory (FSDT) and von Kármán strains. These system of equations are solved by Dynamic Relaxation method to determine the load-deflection and load-bending moment curves. Some results for nanocomposite plates are compared with the ones reported by the ABAQUS finite element software. Furthermore، some comparison study is carried out to compare the current solution with the results reported in the literature for isotropic and Functionally Graded Materials (FGMs) plates. Numerical results indicate that volume fraction of carbon nanotube، distribution of CNTs، plate width-to-thickness ratio، plate aspect ratio and different boundary condition have pronounced effects on the nonlinear response of nanocomposite plates.Keywords: Nonlinear bending, Carbon nanotubes, dynamic relaxation, first order shear deformation theory -
در این مقاله، تاثیر میدان مغناطیسی روی ارتعاشات آزاد پانل استوانه ای ساخته شده از مواد مدرج تابعی بر بستر الاستیک پاسترناک با استفاده از تئوری برشی مرتبه اول برای شرایط مرزی تکیه گاه ساده بررسی می شود. معادلات حاکمه حرکت با استفاده از اصل همیلتون و روش انرژی بدست می آید. سپس این معادلات با استفاده از روش ناویر حل می گردد. در این تحقیق تاثیر پارامترهای مختلف شامل نسبت شعاع به طول، نسبت ضخامت به طول و زاویه قطاع پانل استوانه ای ساخته شده از مواد مدرج تابعی، بستر الاستیکو میدان های مغناطیسی بر روی فرکانس طبیعی مورد ارزیابی قرار می گیرد. مشاهده می شود که فرکانس طبیعی پانل استوانه ای با افزایش نسبت شعاع به طول، ضخامت به طول، زاویه قطاع پانل استوانه ای کاهش می یابد، در حالی که پایداری آن با در نظر گرفتن تاثیر بستر الاستیک می یابد.همچنین فرکانس طبیعی پانل استوانه ساخته شده از مواد مدرج تابعی با اعمال میدان مغناطیسی افزایش می یابد و تاثیر میدان های مغناطیسی روی فرکانس های طبیعی بالاتر بیشتر از فرکانس های طبیعی پایین تر می باشد.
کلید واژگان: ارتعاشات آزاد، پانل استوانه ای، مواد مدرج تابعی، تئوری برشی مرتبه اول، میدان مغناطیسیIn this paper، magnetic field effect on the free vibration of cylindrical panel made of functionally graded materials resting on pasternak elastic foundation using first order shear deformation theory for simply supported edges is investigated. The governing equations of motion are obtained by using principle of the Hamilton and energy method. These equations are solved by the navier method. The effect of geometrical parameters such as the radius to length ratio، thickness to length ratio، sector angle of cylindrical panel and Pasternak elastic foundation on the natural frequencies are studied. It is observed that the natural frequencies of cylindrical panel made of functionally graded materials with increasing the radius to length ratio، thickness to length ratio، and sector angle of cylindrical panel decreases، while its stability increases by considering the effect of pasternak elastic foundation. Also the natural frequencies of cylindrical panel made of functionally graded materials increases by applied magnetic field and influence of magnetic field on the higher natural frequencies is higher than that of the lower frequencies.Keywords: Free vibration, cylindrical panel, functionally graded materials, first order shear theory, magnetic field -
در این تحقیق تحلیل غیر خطی خمش صفحات گرد توخالی کامپوزیتی چند لایه، با تقویت کننده حلقوی مورد بررسی قرار گرفته است. به این منظور از تئوری مجزا سازی صفحات تقویت شده برای تحلیل تغییر شکل های بزرگ تحت بارگذاری گسترده استفاده شده است. معادلات حاکم بر اساس تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول و معادلات تغییر شکل های بزرگ فون کارمن، استخراج شده اند. نتایج عددی با استفاده از روش رهایی پویا در ترکیب با تکنیک تفاضل محدود مرکزی، بدست آمده اند. برای نیل به این هدف از برنامه کامپیوتری فرترن استفاده شده است. به منظور اعتبار سنجی دقت روش حاضر، نتایج با موارد موجود در دیگر مقالات و همچنین نرم افزار المان محدود آباکوس مقایسه شده است. کد کامپیوتری نوشته شده قابلیت حل چیدمان های متقارن، پاد متقارن و حالت کلی برای قرار گیری لایه ها را دارا می باشد. تاثیرات ضخامت صفحه، نسبت های مختلف شعاع خارجی به داخلی، عمق تقویت کننده، شرایط مرزی و چیدمان لایه ها مورد بررسی قرار گرفته است.
کلید واژگان: صفحات حلقوی چند لایه، تقویت کننده حلقوی، خمش غیر خطی، روش رهایی پویا، تئوری برشی مرتبه اولIn this study, nonlinear bending analysis of ring-stiffened annular laminated composite plates is studied. A discretely stiffened plate theory for elastic large deflection analysis of uniformly distributed loaded is introduced. The governing equations are derived based on a first-order shear deformation plate theory (FSDT) and large deflection von Karman equations. The numerical results are obtained using the dynamic relaxation (DR) method combined with the central finite difference discretization technique. For this purpose, a FORTRAN computer program is developed to generate the numerical results. In order to verify the accuracy of the present method the results are compared with those available in the literatures and ABAQUS finite element package as well. The computer code can handle symmetric, unsymmetrical and general theta-ply schemes. The effects of the plate thicknesses, different ratio of outer to inner radius, depth of stiffener, boundary condition and laminates lay-up are studied in detail.Keywords: Annular laminated plates, Ring stiffener, Non, linear bending, Dynamic relaxation method, first, order shear deformation theory -
هدف از این تحقیق تحلیل غیر خطی خمش و کمانش صفحات حلقوی از جنس مواد تابعی با تغییرات خواص در راستای شعاعی تحت بار مکانیکی به کمک روش رهایی پویا می باشد. خواص مکانیکی صفحه ی تابعی در جهت شعاع با استفاده از مدل موری- تاناکا تعیین شده است. معادلات غیر خطی با استفاده از تئوری تغییر شکل های برشی مرتبه اول و فرضیه ی تغییر شکل های بزرگ فون کارمن ارائه می گردد. برای حل معادلات غیر خطی از روش رهایی پویا و روش تفاوت های محدود استفاده شده است. با توجه به عدم وجود تحقیقی مشابه برای خمش و کمانش صفحات گرد تابعی با تغییرات خواص در راستای شعاعی، برخی از نتایج با پاسخهای بدست آمده از نرم افزار المان محدود آباکوس برای صفحات تابعی مقایسه شده است. همچنین به مقایسه پاسخ های روش حل حاضر با برخی گزارش های موجود در مقالات برای صفحات حلقوی همسانگرد پرداخته شده است و مطابقت خوب بدست آمده حاکی از صحت و دقت روش عددی بکار رفته می باشد. در انتها اثرات پارامترهای مختلفی همچون شرایط مرزی گوناگون، تاثیر توان ماده تابعی، نسبت ضخامت به شعاع خارجی، نسبت شعاع داخلی به شعاع خارجی برای خمش و کمانش صفحات بررسی شده است.
کلید واژگان: خمش، کمانش، روش رهایی پویا، مواد تابعی، تئوری برشی مرتبه اولThe main purpose of this study is to investigate nonlinear bending and buckling analysis of radially functionally graded annular plates subjected to uniform in-plane compressive loads by Dynamic Relaxation method. The mechanical properties of plates assumed to vary continuously along the radial direction by the Mori–Tanaka distribution. The nonlinear formulations are based on first order shear deformation theory (FSDT) and large deflection von Karman equations. The dynamic relaxation (DR) method combined with the finite difference discretization technique is employed to solve the equilibrium equations. Due to the lack of similar research for the bending and buckling of functionally graded annular plates with material variation in the radial direction، some results are compared with the ones obtained by the Abaqus finite element software. Furthermore، some comparison study is carried out to compare the current solution with the results reported in the literature for annular isotropic plates. The achieved good agreements between the results indicate the accuracy of the present numerical method. Finally، numerical results for the maximum displacement and critical buckling load for various boundary conditions، effects of grading index، thickness-to-radius ratio and inner radius -to-outer radius ratio are presented.Keywords: Bending, Buckling, Dynamic relaxation, Functionally graded material, First order shear deformation theory -
آلیاژهای حافظه دار به علت نمایش رفتارهای ویژه از جمله میرایی بالا، قابلیت حافظه داری و سوپرالاستیسیته برای کاربرد در سامانه های مختلف مهندسی مورد توجه قرار گرفته اند.
همچنین باتوجه به توسعه کاربرد سازه های کامپوزیتی و به خصوص ساختارهای ساندویچی در صنایع مختلف از جمله هوافضا، برای اولین بار در کار حاضر تلاش شده تا اثر برخی از ویژگی های آلیاژهای حافظه دار بر رفتار ارتعاشات آزاد پانل ساندویچی حافظه دار مستطیلی با هسته انعطاف پذیرعرضی و رویه کامپوزیتی بررسی شود. به این منظور، الیاف حافظه دار در رویه های کامپوزیتی ورق ساندویچی، هم جهت با الیاف گرافیت تعبیه شده است. در این بررسی، از تئوری بهبود یافته مرتبه بالای صفحات ساندویچی[i] استفاده شده، به نحوی که در رویه های کامپوزیتی از تئوری برشی مرتبه اول[ii] و در هسته میانی از تئوری الاستیسیته با در نظر گرفتن اثرات اینرسی هسته میانی و رویه ها استفاده شده است. معادلات حاکم برای شرایط مرزی اطراف لولا با استفاده از اصل همیلتون استخراج و تنش بازیافتی ناشی از تحریک سیم های SMA به عنوان اثر نیروهای خارجی در نظر گرفته شده و مسئله، به کمک روش گالرکین ساده و حل شده است. نتایج حاصله بیانگر بهبود فرکانس ها و برخی ویژگی های سامانه به نسبت افزایش دمای سیم های SMA است.کلید واژگان: پانل ساندویچی، آلیاژ حافظه دار(SMA)، اصل همیلتون، تئوری بهبود یافته مرتبه بالا، تئوری برشی مرتبه اولShape memory alloys(SMA) due to the exhibition of certain performance such as high damping, shape memory effects and Super-elasticity are consider for application in engineering systems. In this study, considering the usage of composite-sandwich structures in various industries including aerospace, the effects of SMA parameters such as SMA volume fraction and SMA wires temperature on hybrid sandwich panel free vibrations with transverse flexible core have been surveyed. The SMA wires (NiTiNol) are embedded at the mid-plane of the sandwich face sheets. For analyze, the improved high order theory is applied, First Shear Deformation Theory (FSDT) at the composite face sheets and Elasticity Theory by the assumption of inertia forces at the core. For governing equations of simply support panel Hamiltonian method has been used. At this study it is assumed that the SMA recovery stress produced via temperature actuation is exerted tensely on mid-plane of the face sheets. For solving problem and simplification the Galerkine method is used. The results showed that SMA actuation improves the vibration behaviors of whole sandwich panel.Keywords: Sandwich panel, shape memory alloy, Hamilton principle, Improved high order theory, FSDT
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.