شماره ركورد
24923
شماره راهنما
CIV2 231
عنوان
تحليل كمانش و ارتعاش آزاد صفحات مركب داراي الياف منحني با و بدون پيزوالكتريك به روش نوار محدود اسپلاين
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي عمران - سازه
دانشكده
مهندسي عمران و حمل و نقل
تاريخ دفاع
1404/05/08
صفحه شمار
106 ص .
استاد راهنما
دكتر حسين عموشاهي
كليدواژه فارسي
الياف منحني , صفحات مركب , روش نوار محدود اسپلاين , تحليل عددي , پيزوالكتريك
چكيده فارسي
در اين پاياننامه، تحليل عددي كمانش و ارتعاش آزاد صفحات مركب داراي الياف منحني با و بدون لايههاي پيزوالكتريك بر اساس نظريههاي مختلف به كمك روش نوار محدود اسپلاين مورد بررسي قرار گرفته است. در اين روش، در راستاي طولي از تابع مرتبه سوم B-Spline، در راستاي عرضي از توابع هرميتي براي توصيف جابجايي و چرخش لبهها و از توابع لاگرانژ براي مدلسازي تغيير شكل برشي و جابجاييهاي درونصفحه استفاده شده است. در تحليل حاضر از نظريههاي مختلف صفحات، از جمله نظريه كلاسيك، نظريه تغيير شكل برشي مرتبه اول، نظريه تغيير شكل برشي مرتبه سوم ردي و نظريۀ زيگزاگ استفاده شده است. به اين ترتيب كه ابتدا روابط مربوط به الياف منحني بيان شده، پس از آن ميدان جابجايي نظريههاي مذكور تعريف شده و سپس ارتباط بين تنش، كرنش و ميدانهاي جابجايي بيان شده است. به منظور حل مسائل كمانش و ارتعاش آزاد، از روش كار مجازي جهت استخراج ماتريسهاي سختي، هندسي و جرم استفاده شده و پس از آن به كمك روش نوار محدود اسپلاين، ماتريسهاي مذكور گسستهسازي ميشوند. در ادامه، روابط قبلي با فرض وجود لايههاي پيزوالكتريك استخراج شدند.
پس از استخراج ماتريسهاي مورد نياز به روش نوار محدود اسپلاين، ابتدا به صحتسنجي نتايج براي صفحات مركب با سختي ثابت پرداخته و پس از آن نتايج حاصل از كمانش و ارتعاش آزاد صفحات مركب با سختي متغير و عوامل مؤثر بر اين نتايج شامل شرايط مرزي، نسبت ابعاد و ضخامت، نسبت مدول الاستيسيته بر اساس نظريههاي مختلف مورد بررسي قرار گرفتند. همچنين اثر وجود لايۀ پيزوالكتريك در شرايط مدار بسته، بر روي كمانش صفحۀ مركب نيز مورد بررسي قرار گرفته و در ادامه نتايج حاصل در قالب جداول و نمودارهايي ارائه شده است. نتايج بيانگر اين است كه روش نوار محدود اسپلاين توانايي مدل كردن الياف منحني را به خوبي دارد و در صفحات نازك دقت مناسبي را ارائه ميدهد و در صفحات ضخيم با افزايش تعداد نقاط گرهي دقت مناسب حاصل ميشود. افزايش تعداد لايهها به طور كلي باعث افزايش بار كمانش ميشود اما هميشه استفاده از الياف منحني نتايج بهتري نسبت به الياف صاف ارائه نميدهد و بايد زاويۀ بهينۀ الياف مورد استفاده قرار بگيرد. همچنين هر چقدر زاويۀ الياف منحني در مركز صفحه به محور اصلي نزديكتر باشد، بار كمانش بيشتر ميشود. ضريب بدون بُعد كمانش در كمانش دو محوره كمتر از كمانش تك محوره است و نظريۀ كلاسيك به دليل ناديده گرفتن اثر برش، مقادير كمتري نسبت به نظريههاي مرتبه اول، سوم و زيگزاگ ارائه ميدهد. نتايج ارتعاش آزاد نيز بيانگر اين است كه با افزايش زاويۀ گوشههاي صفحه و ثابت بودن زاويۀ الياف در مركز، فركانس طبيعي افزايش پيدا ميكند و برعكس، با افزايش زاويۀ الياف در مركز و ثابت بودن زاويۀ الياف در گوشه، فركانس طبيعي كاهش مييابد. براي صفحۀ مركب همراه با لايۀ پيزوالكتريك نيز، افزايش ضخامت لايههاي پيزوالكتريك نسبت به ضخامت كل، باعث افزايش ضريب كمانش ميشود.
كليدواژه لاتين
Curvilinear Fibers , Composite Plates , Spline Finite Strip Method , Numerical Analysis , Piezoelectric
عنوان لاتين
Buckling and Free Vibration Analysis of Curvilinear Fiber Composite Plates with and without Piezoelectric Layers Using the Spline Finite Strip Method
گروه آموزشي
مهندسي عمران
چكيده لاتين
In this thesis, the numerical analysis of buckling and free vibration of composite plates with curvilinear fibers, with and without piezoelectric layers, is investigated based on various theories using the Spline Finite Strip Method. In this approach, a third-order B-spline function is employed along the longitudinal direction, Hermite functions are adopted in the transverse direction to describe edge displacements and rotations, and Lagrange functions are applied to model shear deformation and in-plane displacements. In the present analysis, various plate theories, including the Classical Plate Theory (CLPT), First-Order Shear Deformation Theory (FSDT), Third-Order Shear Deformation Theory (TSDT) by Reddy, and Zigzag Theory, are implemented. Initially, the relationships for curved fibers are presented, followed by the displacement fields of the mentioned theories and then the relationships between stress, strain, and displacement fields were formulated. To solve the buckling and free vibration problems, the principle of virtual work is employed to extract the stiffness, geometric, and mass matrices. These matrices are discretized using the Spline Finite Strip Method. Subsequently, the relations are extended to incorporate the presence of piezoelectric layers.
After extracting the required matrices using the Spline Finite Strip Method, the results are first validated for composite plates with constant stiffness. Then, the buckling and free vibration responses of variable stiffness composite plates, along with the effects of influencing factors such as boundary conditions, aspect and thickness ratios, and elasticity modulus ratios based on different theories, are examined. Furthermore, the influence of the piezoelectric layer under closed-circuit conditions on the buckling behavior of composite plates is studied. Finally, the results are presented in tables and graphs. The results indicate that the spline strip method has a strong capability to model curvilinear fibers and provides good accuracy for thin plates; in thick plates, accurate results can be achieved by increasing the number of nodal points. Increasing the number of layers generally leads to higher buckling loads. However, curvilinear fibers do not always yield better results than straight fibers, and an optimal fiber angle should be selected. The results indicate that using curved fibers does not always provide better outcomes compared to straight fibers, and the optimal fiber angle must be carefully selected. Moreover, the closer the fiber orientation at the center of the plate is to the principal axis, the higher the buckling load becomes. The non-dimensional buckling coefficient under biaxial loading is lower than that under uniaxial loading, and the Classical Plate Theory, due to neglecting shear effects, predicts lower values compared to FSDT, TSDT, and Zigzag theories. The free vibration results also show that increasing the corner fiber angle while keeping the central fiber angle constant leads to an increase in the natural frequency, whereas increasing the central fiber angle while keeping the corner fiber angle constant results in a decrease in the natural frequency. For composite plates with piezoelectric layers, increasing the thickness of the piezoelectric layers relative to the total plate thickness leads to an increase in the buckling coefficient.
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
143217
نويسنده