بررسی تاثیر ضخامت و اغتشاشات هندسی اولیه پوسته‌های جدارنازک کامپوزیتی در وقوع پدیده کمانش تحت فشار محوری

نوع مقاله: مقاله مکانیک

نویسندگان

پژوهشکده علوم و فناوری دفاعی شمال/ دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

امروزه پوسته‌های کامپوزیتی بطور گسترده‌ای در صنایع مختلف، جهت افزایش میزان کارایی سازه‌ها، مورد استفاده قرار می‌گیرند. تجربه نشان داده است، زمانیکه پوسته‌ها تحت بارگذاری فشاری باشند، پدیده کمانش مهمترین عامل وقوع شکست در سازه خواهد بود. بنابراین هدف اصلی این پژوهش، مطالعه بر-روی رفتارکمانشی پوسته‌های کامپوزیتی و عوامل تاثیرگذار در وقوع کمانش می‌باشد. به این منظور، از فر]یند شبیه‌سازی المان‌محدود توسط نرم‌افزار آباکوس استفاده شده است. در ابتدا، تخمین نیروی کمانش برای یک نمونه آزمایشگاهی با استفاده از سه تحلیل کمانش خطی، استاتیک غیرخطی و دینامیکی صورت گرفته و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. نتایج نشان داد که تحلیل‌های دینامیکی و استاتیک غیرخطی، با دقت نسبتا خوبی، حدود 3 تا 7%، قادر به تخمین نیروی کمانش واقعی بوده‌اند. پس از صحت‌سنجی، نمونه‌هایی با اغتشاشات هندسی و ضخامت‌های مختلف مورد بررسی قرار گرفته و نیروی کمانش با استفاده از تحلیل‌های کمانش خطی و استاتیک غیرخطی اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که وجود اغتشاشات هندسی هر چند ناچیز، خصوصا برای پوسته‌های با ضخامت کم، می‌تواند بشدت مقدار نیروی کمانش واقعی در پوسته را کاهش دهد. در نتیجه حساسیت بسیار بالای پوسته کامپوزیتی به اغتشاشات هندسی، سبب خواهد شد تا در صورت عدم شناخت کافی از میزان اغتشاشات هندسی، فرایند تخمین نیروی کمانش غیرقابل‌اعتماد باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study of The effect of thickness and initial geometric imperfection of cylindrical composite shell on the buckling behavior in axial pressure

نویسندگان [English]

  • ebrahim alizadeh
  • javad babaei
  • Pouya Dehestani
  • reza Batalebluie
  • hossein behrooz
shomal Defense Science and Technology Research Institute /Malek Ashtar University of technology
چکیده [English]

Today, composite cylindrical shells extensively, have been used in aerospace to increase the performance of the structures. Experience has shown that, when the shells are under compressive loading, Buckling phenomenon will be the most important factor in structural failure. Therefore, the main objective of this research was to study the buckling behavior of composite shells and effective parameters in occurrence of buckling. For this purpose, the finite element simulation by ABAQUS software has been used. First, the estimation of the buckling force for an experimental specimen occurred by using three analyses, including: linear buckle, nonlinear static and dynamic, to compare with experimental findings. Results indicated that the nonlinear static and dynamic analysis, were able to estimate the actual buckling force. The estimation accuracy with respect to the experiment results is about 3~7 percent. After validation process, specimens with different thickness and initial geometric imperfections have been studied and buckling force was measured by using linear buckling and nonlinear static analysis. Finding showed that even slight geometric imperfections, especially for low thickness of shell, could extremely reduced the real buckling force. As a result, high sensitivity of composite shells to initial geometric imperfections, will lead to an unreliable estimation of the buckling force, if there is not enough knowledge of these geometrical imperfections.

کلیدواژه‌ها [English]

  • thin-walled shell
  • Composite
  • Finite element analysis
  • Geometric imperfection
  • Axial Pressure
 
[1] Ahmadi, A., Skandari, J., Poorshahsavar, H. (2016). “Three dimensional buckling analysis of FG cylindrical panels under various thermal load conditions”. Journal of Modeling in Engineering, Semnan University, Vol. 14, pp. 39–50.

[2] Ahmadi, A., Akbari, R. (2014). “Mechanical buckling analysis of functionally graded thick cylindrical shells using third order shear deformation theory”. Journal of Modeling in Engineering, Semnan University, Vol. 12, pp. 129–142.

[3] Shariatmadar, H., Abbaszadeh, H. (2009). “Modeling of Buckling Restrained Braces Subjected to Dynamic loads”. Journal of Modeling in Engineering, Semnan University, Vol. 4, pp. 1–11.

[4] Rasheed, H.A., Yousif, O.H. (2001). “Buckling of thin laminated orthotropic composite rings/long cylinders under external pressure”. International Journal of Structural Stability and Dynamics, Vol. 01, pp. 485–507.
[5] Rasheed, H.A., Yousif, O.H. (2005). “Stability of anisotropic laminated rings and long cylinders subjected to external hydrostatic pressure”. Journal of Aerospace Engineering (ASCE), Vol. 18, pp. 129–138.
[6] Hur, S.H., Son, H.J., Kweon, J.H., Choi, J.H. (2008). “Post-buckling of composite cylinders under external hydrostatic pressure”.  Journal of Composite Structure (COMPOS STRUCT), Vol. 86, pp. 114–124.
[7] Moon, C.J., Kim, I.H., Choi, B.H., Kweon, J.H., Choi, J.H. (2010). “Buckling of filament-wound composite cylinders subjected to hydrostatic pressure for underwater vehicle applications”. Journal of Composite Structure (COMPOS STRUCT), Vol. 92, pp. 2241–2251.

[8] Han, J.Y., Jung, H.Y., Cho, J.R., Choi, J.H., Bae, W.B. (2008). “Buckling analysis and test of composite shells under hydrostatic pressure”. Journal of Materials Processing Technology, Vol. 201, pp. 742–745.

[9] Graham, D. (1995). “Composite pressure hulls for deep ocean submersibles”. Journal of Composite Structure, Vol. 32, pp. 331–343.
[10] Graham, D. (1996). “Buckling of thick-section composite pressure hulls”.  Journal of Composite Structure, Vol. 35, pp. 5–20.
[11] Carvelli, V., Panzeri, N., Poggi, C. (2001). “Buckling strength of GFRP under-water vehicles”. Department of Structural Engineering, Composites: Part B, Vol. 32, pp. 89–101.
[12] Tafreshi, A. (2004). “Delamination buckling and post-buckling in composite cylindrical shells under external pressure”. thin walled structures journal, Vol. 42, pp. 1379–1404.
[13] Tafreshi, A. (2006). “Delamination buckling and post buckling in composite cylindrical shells under combined axial compression and external pressure”. Journal of Composite Structure, Vol. 72, pp. 401–418.
[14] Frulloni, E., Kenny, J.M., Conti, P., Torre, L. (2007). “Experimental study and finite element analysis of the elastic instability of composite lattice structures for aeronautic applications”. Journal of Composite Structure, Vol. 78, pp. 519–528.
[15] Wullschleger, L., Meyer, H.R. (2002). “Buckling of geometrically imperfect cylindrical shells- definition of a buckling load”. International Journal of Nonlinear Mechanics,Vol. 37, pp. 645-657.
[16] Bisagni, C. (2000). “Numerical analysis and experimental correlation of composite shell buckling and post buckling”. Composite: Part B: Engineering, Vol.31, Issue 8, pp. 655-667.

[17] Priyadarsini, R. S., Kalyanaraman, V., Srinivasan, S.M. (2012). “Numerical and experimental study of buckling of advanced fiber composite cylinders under axial compression”. International Journal of Structural Stability and Dynamics, Vol. 12, Issue 4, pp. 651-676.