تحلیل ارتعاش آزاد پنل های دوانحنایه ساندویچی مرکب با ضخامت متغیر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 سازه، دانشکده هوافضا، دانشگاه هوایی شهید ستاری

2 دانشگاه صنعتی مالک اشتر-مجتمع دانشگاهی هوافضا

چکیده

در این پژوهش، ارتعاشات آزاد پنل‌های ساندویچی دوانحنایه با ضخامت متغیر با استفاده از تئوری مرتبه بالای جدید مطالعه می‌شود. برای اولین بار، بدلیل در نظر گرفتن شعاع‌های انحنای متفاوت برای رویه‌ها، ضخامت هسته متغیر و تابعی از مختصات درون صفحه‌ای می‌باشد. به علاوه، در مدل جدید ارائه شده در این پژوهش، شرایط پیوستگی تنش برشی عرضی، تنش نرمال عرضی و گرادیان تنش نرمال عرضی در فصل مشترک رویه‌ها با هسته، همچنین شرایط صفر بودن تنش‌های برشی عرضی روی سطوح خارجی رویه‌ها ارضا می‌شود. معادلات بر مبنای تئوری مرتبه بالای پنل‌های ساندویچی ارتقا ی افته استخراج گردید، به طوری که تابعی مرتبه دوم برای مؤلف هی عرضی جابجایی رویه‌ها و تابعی درجه سه برای مؤلفه‌های جابجایی درون صفحه‌ای رویه‌ها و همه‌ی مؤلفه‌های جابجایی هسته در نظر گرفته شد. معادلات حاکم و شرایط مرزی بر مبنای اصل همیلتون به دست آمدند. اثرات لایه‌ چینی‌های مختلف، نسبت طول به عرض پنل، تغییر خواص مواد رویه‌ها، نسبت ضخامت‌های رویه‌ها و جنس‌های مختلف مواد رویه‌ها روی ارتعاشات آزاد پنل‌های ساندویچی دوانحنایه با ضخامت متغیر بررسی شد. نتایج حاصل از تئوری حاضر با نتایج موجود در مراجع اعتبارسنجی شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Free Vibration Analysis of Doubly Curved Composite Sandwich Panels with Variable Thickness

نویسندگان [English]

  • Mostafa Livani 1
  • Keramat Malekzadeh Fard 2
1 Structures, Aerospace Engineering, Air University of Shahid Sattari
2 Malek ashtar univ.
چکیده [English]

In this research, the free vibration analysis of doubly curved composite sandwich panels with variable thickness is studied using higher order sandwich panel theory. For the first time, considering different radii of curvatures of the face sheets in this paper, the thickness of the core is a function of plane coordinates (x,y). In addition, in the current model, the continuity conditions of the transverse shear stress, transverse normal stress and transverse normal stress gradient at the layer interfaces, as well as the conditions of zero transverse shear stresses on the upper and lower surfaces of the sandwich panel are satisfied, which is unique. The vertical displacement component of the face sheets is assumed as a quadratic one, while a cubic pattern is used for the in-plane displacement components of the face sheets and all displacement components of the core. The equations of motion and boundary conditions are derived using the Hamilton principle. The effects of some important parameters including composite layup sequences, length to width ratio, varying properties of the face sheets materials, Face sheet thicknesses ratio and varying materials of the face sheets were investigated. The results are validated by the latest results published in the literature.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Double curved sandwich panels
  • higher order theory
  • variable thickness
  • free vibration
  • Hamilton principle
[1]  H.G. Allen,  CHAPTER  1  -  INTRODUCTION, in: H.G. Allen  )Ed.) Analysis  and  Design  of Structural Sandwich Panels, Pergamon, 1969, pp. 1-7.
[2] W. Zhen, C. Wanji, A C0-type higher-order theory for bending analysis of laminated composite and sandwich plates, Composite Structures, 92(3) (2010) 653-661.
[3] H. Biglari, A.A. Jafari, High-order  free  vibrations of doubly-curved sandwich panels with flexible core based on a refined three-layered theory, Composite Structures, 92(11)(2010) 2685-2694.
[4]  G. Giunta, F. Biscani, S. Belouettar, E. Carrera, Hierarchical modelling of doubly curved laminated composite   shells   under   distributed   and  localised loadings,   Composites   Part   B:   Engineering, 42(4) (2011) 682-691.
[5]    A.S. Oktem, C. Guedes Soares, Boundary discontinuous Fourier solution for plates and doubly curved panels using a higher order theory, Composites Part B: Engineering, 42(4) (2011) 842-850.
[6] M.S. Qatu, Effect of inplane edge constraints on natural frequencies of simply supported doubly curved shallow shells, Thin-Walled Structures, 49(7)(2011) 797-803.
[7] F. Alijani, M. Amabili, K. Karagiozis, F. Bakhtiari- Nejad, Nonlinear vibrations of functionally graded doubly curved shallow shells, Journal of Sound and Vibration, 33(7) (2011) 1432-1454.
[8]   K.M. Fard, A. Sayyidmousavi, Z. Fawaz, H. Bougherara,   Finite   element   buckling    analysis  of laminated composite sandwich panels with transversely flexible core carrying attached elastic strip, Journal of Sandwich Structures & Materials, 14(6) (2012) 715-733.
[9]  E. Viola, F. Tornabene, N. Fantuzzi, General higher- order shear deformation theories for the free vibration analysis of completely doubly-curved laminated shells and panels, Composite Structures, 95 (2013) 639-666.
[10]   L. He, Y.-S. Cheng, J. Liu, Precise bending stress analysis of corrugated-core, honeycomb-core and X-core sandwich panels, Composite Structures, 94(5)(2012) 1656-1668.
[11]  M. Yaqoob Yasin, S. Kapuria, An efficient layerwise finite element for shallow composite and sandwich shells, Composite Structures, 98 (2013) 202-214.
[12]     E. Ghavanloo, S.A. Fazelzadeh, Free vibration analysis of orthotropic doubly-curved shallow shells based on the gradient elasticity, Composites Part B: Engineering, 45(1) (2013) 1448-1457.
[13]     D.A. Maturi, A.J.M. Ferreira, A.M. Zenkour, D.S. Mashat, Analysis of sandwich plates with  a  new layerwise formulation, Composites Part B: Engineering, 56 (2014) 484-489.
[14]   X. Wang, G. Shi, A simple and accurate sandwich plate theory accounting for transverse normal strain and interfacial stress continuity, Composite Structures, 107 (2014) 620-628.
[15]    F. Tornabene, N. Fantuzzi, E. Viola, E. Carrera, Static analysis of doubly-curved anisotropic shells and panels using CUF approach, differential geometry and differential quadrature method, Composite Structures, 107 (2014) 675-697.
[16]    M. Livani, K. MalekzadehFard, S. Shokrollahi, Higher order flutter analysis of doubly curved sandwich panels with variable thicknesses under aerothermoelastic loading, Structural Engineering and Mechanics, 60(1)( 2016) 1-19.
[17]    A. Shoshtari, R. Montashlo, Linear and Nonlinear free vibration of functionally graded magneto-electroelastic rectangular plate based on the third order shear deformation theory, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering (In Persian), 49(4) 2018) 743-758
[18]    Y. Frostig, O.T. Thomsen, High-order free vibrations of sandwich panels with a flexible core, International Journal of Solids Structures, 41 (2004) 1697-1724.
[19]   J.N. Reddy, Theory and Analysis of Elastic Plate and Shells, CRC Press, Texas, USA, 2006.
[20]   A. Sankar, S. Natarajan, T.B. Zineb, M. Ganapathi, Investigation of supersonic flutter of thick doubly curved sandwich panels with CNT reinforced facesheets using higher-order structural theory, Composite Structures, 127 (2015) 340-355.
[21]   L.R. Kumar, P.K. Datta, D.L. Prabhakara, Dynamic instability characteristics of doubly curved panels subjected to partially distributed follower edge loading with damping, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 218(1)(2004) 67-81.
[22]   H. Matsunaga, Vibration and stability of thick simply supported shallow shells subjected to in-plane stresses, Journal of Sound and Vibration, 225(1)( 1999) 41-60.