‌ پیش‌بینی بار بحرانی کمانش ورق‌های کامپوزیتی تقویت شده با استفاده از رهیافت همبستگی ارتعاشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا

2 دانشجو

3 تربیت مدرس*مهندسی مکانیک

چکیده

سازههای کامپوزیتی مشبک به دلیل خواص منحصر بفردشان، یکی از سازه های پرکاربرد در صنایع هوایی، دریایی و خودروسازی می باشند. در دهه های اخیر تحقیقات زیادی برای پیشبینی بار بحرانی کمانش سازههای کامپوزیتی، بدون خرابی یا شکست انجام شده است. یکی از مهمترین روشهای غیرمخرب، روش همبستگی ارتعاشی می باشد. هدف تحقیق حاضر پیش بینی بار بحرانی کمانش ورقهای کامپوزیتی تقویت شده با استفاده از روش همبستگی ارتعاشی می باشد. برای این منظور در ابتدا تحلیل ارتعاشات غیرخطی ورقه ای کامپوزیتی تقویت شده با استفاده از نرمافزار المان محدود آباکوس و در بارهای فشاری مختلف انجام شد. در مرحله ی بعد با استفاده از نتایج عددی و روش همبستگی ارتعاشی، بار بحرانی کمانش سازه مذکور پیش بینی گردید. در ادامه و برای صحت سنجی نتایج روش همبستگی ارتعاشی، سه ورق تقویت شده کامپوزیتی مشابه و با شرایط یکسان و با استفاده از روش با روش رشته پیچی و الیه چینی دستی ساخته شد و تحت آزمون فشار محوری قرار داده شد. در نهایت بار بحرانی کمانش تجربی به دست آمد. نتایج نشان می دهد که اختالف بار بحرانی کمانش پیش بینی شده به روش همبستگی ارتعاشی با بار بحرانی کمانش به دست آمده از آزمایش تجربی کمتر از 5 درصد می باشد که این موضوع دال بر مناسب بودن روش همبستگی ارتعاشی برای پیش بینی بار بحرانی کمانش با دقت بسیار ببالا برای ورقه ای کامپوزیتی تقویت شده می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Prediction of the Critical Buckling Load of Grid-Stiffened Composite Plates Using Vibration Correlation Technique

نویسندگان [English]

  • Davoud Shahgholian-Ghahfarokhi 1
  • Milad Aghaei-Ruzbahani 2
  • Gholam Hosein Rahimi 3
1 PhD candidtae
2 Student
چکیده [English]

Due to unique properties, grid-stiffened composite plates are used extensively in aviation, marine and automotive industry. In recent decades, several studies are done to predict the critical buckling load of grid-stiffened composite plates without breakdown or failure. One of the most important nondestructive methods, is vibration correlation technique. The aim of this research is the prediction of the critical buckling load of grid-stiffened composite plates using vibration correlation technique. For this purpose, nonlinear vibration analysis of grid-stiffened composite plates is firstly performed in different compressive loads using finite element software ABAQUS. In the next step, critical buckling load of grid stiffened composite cylinder shells is predicted using vibration correlation technique. To validate the results of vibration correlation technique, three grid-stiffened composite plates are fabricated using filament winding and hand lay-up method with same conditions and was placed under axial compression test. Finally, the critical buckling load is measured experimentally. The results show that the difference between the critical buckling load of vibration correlation technique with experimental buckling load is less than 5%. This subject implies that vibration correlation technique is suitable for prediction of critical buckling load of grid-stiffened composite plates with very high accuracy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Grid-stiffened composite plates
  • Vibration correlation technique
  • Buckling
  • Fabrication
  • Numerical Analysis

مراجع

[1] D.R. Ambur, L.W. Rehfield, Effect of stiffness characteristics on the response of composite grid-stiffened structures, Journal of Aircraft, 30(4) (1993) 541-546.
[2] O. Hughes, B. Ghosh, Y. Chen, Improved prediction of simultaneous local and overall buckling of stiffened panels, Thin-Walled Structures, 42(6) (2004) 827-856.
[3] P.A.Lara, R.H. Gutierrez, H.C. Sanzi, G. Elvira, buckling of circular, solid and annular plates with on intermediante circular support, 27 (2000) 749-755.
[4] J. He, M. Ren, S. Sun, Q. Huang, X. Sun, Failure prediction on advanced grid stiffened composite cylinder under axial compression, Composite Structures, 93(7) (2011) 1939-1946.
[5] Y. Chen, R.F. Gibson, gds, Vibration Characteristics of Composite Isogrid Structures,  (20).
[6] M. Hemmatnezhad, G.H. Rahimi, M. Tajik, F. Pellicano, Experimental, numerical and analytical investigation of free vibrational behavior of GFRP-stiffened composite cylindrical shells, Composite Structures, 120 (2015) 509-518.
[7] D. Shahgholian-Ghahfarokhi, A. Ghanadi, G.H. Rahimi, Experimental and numerical investigation of the free vibration of composite sandwich plates with lattice cores, Modares Mechanical Engineering, 3(2017) 160-170.(In persian)
[8] Lurie H. Lateral vibration as related to structural stability. J Appl Mech, ASME 1952;19:195–204 (June).
[9] A. Chailleux, Y. Hans, G. Verchery, Experimental study of the buckling of laminated composite columns and plates, International Journal of Mechanical Sciences, 17(8) (1975) 489-IN482.
[10] Abramovich H, Gil J, Grunwald A, Rosen A. Vibration and buckling of radially loaded circular plates, TAE report 332. Haifa, Israel: Department of Aeronautical Engineering, Technion - Israel Institute of Technology; 1975 (July).
[11] J. Singer, J. Arbocz, T. Weller, Buckling experiments, shells, built-up structures, composites and additional topics, John Wiley & Sons, 1998.
[12] C. Hühne, R. Zimmermann, R. Rolfes, B. Geier, Sensitivities to geometrical and loading imperfections on buckling of composite cylindrical shells, in:  Proceedings European Conference on Spacecraft Structures, Materials and Mechanical Testing, Toulouse, 2002.
[13] H. Abramovich, D. Govich, A. Grunwald, Buckling prediction of panels using the vibration correlation technique, Progress in Aerospace Sciences, 78 (2015) 62-73.
[14] Jansen, E.L, Abramovich, H. and Rolfes, R., The direct prediction of buckling loads of shells under axial compression using VCT— towards an upgraded approach, in Proceedings of the 27th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, 2014.
[15] M. Souza, W. Fok, A. Walker, Review of Experimental Techniques for Thin‐walled Structures Liable to Buckling: Neutral and Unstable Buckling, experimental techniques, 7(9) (1983) 21-25.
[16] M. Souza, L. Assaid, A new technique for the prediction of buckling loads from nondestructive vibration tests, Experimental Mechanics, 31(2) (1991) 93-97.
[17] M.A. Arbelo, K. Kalnins, O. Ozolins, E. Skukis, S.G.P. Castro, R. Degenhardt, Experimental and numerical estimation of buckling load on unstiffened cylindrical shells using a vibration correlation technique, Thin-Walled Structures, 94 (2015) 273-279.
[18] M.A. Arbelo, S.F.M. de Almeida, M.V. Donadon, S.R. Rett, R. Degenhardt, S.G.P. Castro, K. Kalnins, O. Ozoliņš, Vibration correlation technique for the estimation of real boundary conditions and buckling load of unstiffened plates and cylindrical shells, Thin-Walled Structures, 79 (2014) 119-128.
[19] K. Kalnins, M.A. Arbelo, O. Ozolins, E. Skukis, S.G.P. Castro, R. Degenhardt, Experimental Nondestructive Test for Estimation of Buckling Load on Unstiffened Cylindrical Shells Using Vibration Correlation Technique, Shock and Vibration, 2015 (2015) 1-8.
[20] M. Chaves-Vargas, A. Dafnis, H.G. Reimerdes, K.U. Schröder, Modal parameter identification of a compression-loaded CFRP stiffened plate and correlation with its buckling behaviour, Progress in Aerospace Sciences, 78 (2015) 39-49.
[21] E. Skukis, O. Ozolins, K. Kalnins, M.A. Arbelo, Experimental Test for Estimation of Buckling Load on Unstiffened Cylindrical shells by Vibration Correlation Technique, Procedia Engineering, 172 (2017) 1023-1030.
[22] D. Shahgholian-Ghahfarokhi, M.-R. Raafat, G.-H. Rahimi, Prediction of the critical buckling load of composite cylindrical shells by using Vibration Correlation Technique, Journal of Science and Technology of Composites, 5 (2016) 120-130.(In persian)
[23] Abaqus, C.A.E., User’s manual, Abaqus Anal. user’s Man., 2016.
[24] Gibson, R.F, Principles of composite material mechanics. CRC press, 2016.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 52، شماره 1
فروردین 1399
صفحه 221-232

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار