تجزیه و تحلیل کمانش صفحات ساندویچی تقویت شده

ویژگی‌های استثنایی سازه‌های ساندویچی، یعنی نسبت استحکام به وزن بالا و مقاومت در برابر کمانش، منجر به کاربرد گسترده آن‌ها در چندین صنعت از جمله هوافضا، دریایی، تجهیزات ورزشی و پره‌های توربین بادی شده است [1]، [2] ، [3]، [4]، [5]. ساختارهای ساندویچی هسته مرسوم اغلب با استفاده از تئوری لایه معادل مورد بررسی قرار می گیرند، که شامل جایگزینی یک ساختار ساندویچی چند لایه با یک ساختار تک لایه است که دارای ویژگی های مکانیکی قابل مقایسه است [6]، [7]. به عنوان مثال، تای و همکاران. [8] تأثیر پارامترهای مختلف مانند شرایط مرزی مختلف و ضرایب تغییر شکل برشی بر خمش، کمانش و ارتعاشات پانل‌های ساندویچ را بررسی کرد. ویژگی های استاتیکی و دینامیکی پانل های ساندویچ مایل توسط Upadhyay و همکاران مورد بررسی قرار گرفت. [9] با استفاده از نظریه لایه معادل. نویسندگان مشاهده کردند که رفتار استاتیکی و دینامیکی سازه ساندویچی به طور قابل توجهی تحت تأثیر کاهش ضخامت هسته و افزایش سختی برشی آن قرار گرفت. با این حال، ساختارهای ساندویچی فعلی پیش بینی می شود که اثرات موضعی را در رفتار خود نشان دهند. فراستیگ و همکاران [10]، [11]، [12]، [13] ارزیابی‌های گسترده‌ای بر روی پاسخ مکانیکی این نوع سازه‌های ساندویچی از سال 1993 تا 2004 انجام دادند. در این مطالعات، تئوری‌های بهبود یافته با درجه بالا برای بررسی تغییر شکل و ارتعاشات در نظر گرفته شد. از سازه ها آنها از تئوری های مرتبه بالا برای مدل سازی دقیق هسته برای مطالعه عملکرد پانل های ساندویچ استفاده کردند. در ادامه به بررسی رفتار سازه های ساندویچی در شرایط بارگذاری مختلف در چند دهه گذشته پرداخته شده است. لی و همکاران [14]، [15] اثرات کمانش حرارتی و ارتعاش سازه های ساندویچی ناشی از محیط های حرارتی بر روی سطوح کامپوزیت را بررسی کرد. آنها از SDT مرتبه پایین برای به دست آوردن معادلات حاکم بر رفتار ساختار ساندویچی استفاده کردند و نتایج را برای شرایط مرزی ساده، گیره و مختلط تجزیه و تحلیل کردند. خیریخواه و همکاران [16] از FEM برای بررسی کمانش پانل های ساندویچ با هسته های نرم استفاده کرد. اثرات تنش ها و کرنش های برشی بر سازه ساندویچی در نظر گرفته شد و نتایج با سایر مطالعات مقایسه شد. کمانش حرارتی و پاسخ ارتعاشی صفحات کامپوزیتی و سازه‌های ساندویچی توسط لی و ژائو و همکاران مورد بررسی قرار گرفت. [17]، [18]. معادلات حاکم برای سیستم با استفاده از نظریه تغییر شکل برشی مرتبه اول (SDT) به دست آمد. و معادلات تعادل با استفاده از روش اجزاء محدود حل شد. یافته های تحقیق نشان داد که بارگذاری حرارتی به طور قابل توجهی بر بار بحرانی کمانش و فرکانس طبیعی سازه تأثیر می گذارد. در همین حال، ژای و همکاران. [19] ارتعاشات آزاد و کمانش حرارتی پانل های ساندویچ را در محیط های حرارتی بررسی کرد. از SDT مرتبه اول برای استخراج معادلات حاکم برای مسئله استفاده شد و دمای بحرانی کمانش با بررسی اثرات متغیرهای ابعادی ارزیابی شد. در سال های اخیر مطالعات متعددی در مورد کمانش ناشی از بارگذاری مکانیکی، حرارتی و رطوبتی در ساندویچ پانل ها انجام شده است. در برخی از این مطالعات، بهینه سازی زاویه اتصال در پانل های ساندویچ لانه زنبوری مورد بررسی قرار گرفته است [20]، [21]، [22]، [23]. یافته های تحقیق نشان داد که بارگذاری حرارتی به طور قابل توجهی بر بار بحرانی کمانش و فرکانس طبیعی سازه تأثیر می گذارد. در همین حال، ژای و همکاران. [19] ارتعاشات آزاد و کمانش حرارتی پانل های ساندویچ را در محیط های حرارتی بررسی کرد. از SDT مرتبه اول برای استخراج معادلات حاکم برای مسئله استفاده شد و دمای بحرانی کمانش با بررسی اثرات متغیرهای ابعادی ارزیابی شد. در سال های اخیر مطالعات متعددی در مورد کمانش ناشی از بارگذاری مکانیکی، حرارتی و رطوبتی در ساندویچ پانل ها انجام شده است. در برخی از این مطالعات، بهینه سازی زاویه اتصال در پانل های ساندویچ لانه زنبوری مورد بررسی قرار گرفته است [20]، [21]، [22]، [23]. یافته های تحقیق نشان داد که بارگذاری حرارتی به طور قابل توجهی بر بار بحرانی کمانش و فرکانس طبیعی سازه تأثیر می گذارد. در همین حال، ژای و همکاران. [19] ارتعاشات آزاد و کمانش حرارتی پانل های ساندویچ را در محیط های حرارتی بررسی کرد. از SDT مرتبه اول برای استخراج معادلات حاکم برای مسئله استفاده شد و دمای بحرانی کمانش با بررسی اثرات متغیرهای ابعادی ارزیابی شد. در سال های اخیر مطالعات متعددی در مورد کمانش ناشی از بارگذاری مکانیکی، حرارتی و رطوبتی در ساندویچ پانل ها انجام شده است. در برخی از این مطالعات، بهینه سازی زاویه اتصال در پانل های ساندویچ لانه زنبوری مورد بررسی قرار گرفته است [20]، [21]، [22]، [23]. ژای و همکاران [19] ارتعاشات آزاد و کمانش حرارتی پانل های ساندویچ را در محیط های حرارتی بررسی کرد. از SDT مرتبه اول برای استخراج معادلات حاکم برای مسئله استفاده شد و دمای بحرانی کمانش با بررسی اثرات متغیرهای ابعادی ارزیابی شد. در سال های اخیر مطالعات متعددی در مورد کمانش ناشی از بارگذاری مکانیکی، حرارتی و رطوبتی در ساندویچ پانل ها انجام شده است. در برخی از این مطالعات، بهینه سازی زاویه اتصال در پانل های ساندویچ لانه زنبوری مورد بررسی قرار گرفته است [20]، [21]، [22]، [23]. ژای و همکاران [19] ارتعاشات آزاد و کمانش حرارتی پانل های ساندویچ را در محیط های حرارتی بررسی کرد. از SDT مرتبه اول برای استخراج معادلات حاکم برای مسئله استفاده شد و دمای بحرانی کمانش با بررسی اثرات متغیرهای ابعادی ارزیابی شد. در سال های اخیر مطالعات متعددی در مورد کمانش ناشی از بارگذاری مکانیکی، حرارتی و رطوبتی در ساندویچ پانل ها انجام شده است. در برخی از این مطالعات، بهینه سازی زاویه اتصال در پانل های ساندویچ لانه زنبوری مورد بررسی قرار گرفته است [20]، [21]، [22]، [23]. و دمای بحرانی کمانش با بررسی اثرات متغیرهای ابعادی مورد ارزیابی قرار گرفت. در سال های اخیر مطالعات متعددی در مورد کمانش ناشی از بارگذاری مکانیکی، حرارتی و رطوبتی در ساندویچ پانل ها انجام شده است. در برخی از این مطالعات، بهینه سازی زاویه اتصال در پانل های ساندویچ لانه زنبوری مورد بررسی قرار گرفته است [20]، [21]، [22]، [23]. و دمای بحرانی کمانش با بررسی اثرات متغیرهای ابعادی مورد ارزیابی قرار گرفت. در سال های اخیر مطالعات متعددی در مورد کمانش ناشی از بارگذاری مکانیکی، حرارتی و رطوبتی در ساندویچ پانل ها انجام شده است. در برخی از این مطالعات، بهینه سازی زاویه اتصال در پانل های ساندویچ لانه زنبوری مورد بررسی قرار گرفته است [20]، [21]، [22]، [23].

در اکثر سازه‌های ساندویچی مدرن، هسته معمولاً از فوم ساخته می‌شود و معمولاً از یک ماده پلیمری است که باعث می‌شود خواص مکانیکی آن با افزایش دما به طور قابل‌توجهی تغییر کند [24، [25]، [26]. اثرات این پدیده بر رفتار کمانشی سازه های ساندویچی توسط بسیاری از محققین مانند زنکور و سوبی [27] و فراستیگ و تامسن [28] مورد مطالعه قرار گرفته است. یک هدف مهم در چندین صنعت، افزایش مقاومت فشاری سازه ها برای جلوگیری از تغییر شکل و شکست کمانش زودرس است [29]، [30]، [31]. یکی از روش‌های مؤثر برای دستیابی به این هدف، ترکیب نانوذرات در ماتریس‌های کامپوزیت است که می‌تواند به طور قابل‌توجهی خواص مکانیکی کامپوزیت‌های حاصل را بهبود بخشد [32]، [33]. مثلا، مدل ها و روش های مختلفی برای بررسی رفتار کمانش و ارتعاش تیرهای نانوکامپوزیت به کار گرفته شده است. علیمیرزایی و همکاران از نظریه گرادیان کرنش اصلاح شده برای مطالعه کمانش غیرخطی و ارتعاش ریزپرتوهای تقویت شده با نانولوله های نیترید بور استفاده کرد [34]. محمدیمهر و همکاران پاسخ استاتیکی و ارتعاشی غیرخطی تیرهای کامپوزیتی تقویت‌شده با نانولوله کربنی درجه‌بندی شده در شرایط بارگذاری مختلف را بررسی کرد [35]. علاوه بر این، آنها ویژگی های کمانش و ارتعاش تیرهای کامپوزیت مخروطی تقویت شده با نانولوله های کربنی را تجزیه و تحلیل کردند [36]. علاوه بر این، آن‌ها تأثیر میدان‌های مغناطیسی را بر بار کمانش و فرکانس طبیعی میکروپرتوهای کامپوزیتی تقویت‌شده با نانولوله‌های کربنی درجه‌بندی شده مورد بررسی قرار دادند [37]. از نظریه گرادیان کرنش اصلاح شده برای مطالعه کمانش غیرخطی و ارتعاش ریزپرتوهای تقویت شده با نانولوله های نیترید بور استفاده کرد [34]. محمدیمهر و همکاران پاسخ استاتیکی و ارتعاشی غیرخطی تیرهای کامپوزیتی تقویت‌شده با نانولوله‌های کربنی درجه‌بندی‌شده عملکردی را تحت شرایط بارگذاری مختلف بررسی کردند [35]. علاوه بر این، آنها ویژگی های کمانش و ارتعاش تیرهای کامپوزیت مخروطی تقویت شده با نانولوله های کربنی را تجزیه و تحلیل کردند [36]. علاوه بر این، آن‌ها تأثیر میدان‌های مغناطیسی را بر بار کمانش و فرکانس طبیعی میکروپرتوهای کامپوزیتی تقویت‌شده با نانولوله‌های کربنی درجه‌بندی شده مورد بررسی قرار دادند [37]. از نظریه گرادیان کرنش اصلاح شده برای مطالعه کمانش غیرخطی و ارتعاش ریزپرتوهای تقویت شده با نانولوله های نیترید بور استفاده کرد [34]. محمدیمهر و همکاران پاسخ استاتیکی و ارتعاشی غیرخطی تیرهای کامپوزیتی تقویت‌شده با نانولوله کربنی درجه‌بندی شده در شرایط بارگذاری مختلف را بررسی کرد [35]. علاوه بر این، آنها ویژگی های کمانش و ارتعاش تیرهای کامپوزیت مخروطی تقویت شده با نانولوله های کربنی را تجزیه و تحلیل کردند [36]. علاوه بر این، آن‌ها تأثیر میدان‌های مغناطیسی را بر بار کمانش و فرکانس طبیعی میکروپرتوهای کامپوزیتی تقویت‌شده با نانولوله‌های کربنی درجه‌بندی شده مورد بررسی قرار دادند [37]. پاسخ استاتیکی و ارتعاشی غیرخطی تیرهای کامپوزیتی تقویت‌شده با نانولوله کربنی درجه‌بندی شده در شرایط بارگذاری مختلف را بررسی کرد [35]. علاوه بر این، آنها ویژگی های کمانش و ارتعاش تیرهای کامپوزیت مخروطی تقویت شده با نانولوله های کربنی را تجزیه و تحلیل کردند [36]. علاوه بر این، آن‌ها تأثیر میدان‌های مغناطیسی را بر بار کمانش و فرکانس طبیعی میکروپرتوهای کامپوزیتی تقویت‌شده با نانولوله‌های کربنی درجه‌بندی شده مورد بررسی قرار دادند [37]. پاسخ استاتیکی و ارتعاشی غیرخطی تیرهای کامپوزیتی تقویت‌شده با نانولوله کربنی درجه‌بندی شده در شرایط بارگذاری مختلف را بررسی کرد [35]. علاوه بر این، آنها ویژگی های کمانش و ارتعاش تیرهای کامپوزیت مخروطی تقویت شده با نانولوله های کربنی را تجزیه و تحلیل کردند [36]. علاوه بر این، آن‌ها تأثیر میدان‌های مغناطیسی را بر بار کمانش و فرکانس طبیعی میکروپرتوهای کامپوزیتی تقویت‌شده با نانولوله‌های کربنی درجه‌بندی شده مورد بررسی قرار دادند [37].

اگرچه تحلیل کمانش سازه‌های ساندویچی به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است، کمبود ادبیات در مورد استفاده ترکیبی از تکنیک‌های آنالیز تجربی و عددی برای بررسی رفتار کمانش صفحات ساندویچی تقویت‌شده با بارگذاری‌های مختلف نانولوله‌های کربنی چند جداره (MWCNTs) وجود دارد. هدف مطالعه ما پر کردن این شکاف تحقیقاتی با کاوش در رفتار کمانش سازه‌های ساندویچی با سطوح مرکب تقویت‌شده با درصدهای وزنی مختلف (درصد وزنی MWCNT)، با استفاده از ترکیبی از تکنیک‌های تحلیل تجربی و عددی است. برای به دست آوردن خواص مکانیکی سطوح کامپوزیت، نمونه های کامپوزیت خالص و تقویت شده حاوی 0.5 و 1 درصد وزنی MWCNT ساخته و تحت آزمایش های کششی و برشی قرار گرفتند. خواص مکانیکی سطوح کامپوزیت با استفاده از آزمایشات تجربی به دست آمد. سپس، برای تعیین بار کمانش بحرانی صفحات ساندویچی با وجوه مرکب، معادلات حاکم برای سیستم با استفاده از یک SDT مرتبه بالا برای هسته، و یک تئوری کلاسیک برای مدل‌سازی وجه‌های مرکب به‌دست آمد. در این روش، معادلات حاکم برای صفحات ساندویچی با وجه های مرکب با فرض چسبندگی کامل بین وجه ها و هسته، در نظر گرفتن مختصات محلی برای وجه ها و هسته و استفاده از تئوری تغییر شکل برشی مرتبه بالا برای هسته تقویت شد. در این نظریه، از ضرایب لاگرانژ در معادلات انرژی کرنش کل سیستم برای مدل‌سازی شرایط چسبندگی و سازگاری بین هسته و وجه کامپوزیت استفاده شد. در نهایت، تأثیر ذرات نانوکامپوزیت و شرایط هندسی بر رفتار کمانشی صفحات ساندویچی بررسی شد.