تحلیل دینامیکی غیرخطی پوسته استوانه ای مدرج تابعی تقویت‌شده با بستر الاستیک و فشار خارجی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی شاهرود

چکیده

پوسته­های استوانه­ای تقویت­شده، یکی از مهم­ترین سازه­ها در صنایع هوافضا می­باشند. در این مقاله یک روش نیمه تحلیلی برای تحلیل        پوسته­های استوانه­ای مدرج تابعی تقویت­شده که توسط محیط الاستیک احاطه­شده­ و تحت فشار خارجی قرار دارد، ارائه ‌شده است. محیط الاستیک بر حسب دو پارامتر بستر الاستیک مدل پیشنهادی وینکلر- پاسترناک فرض شده است. جنس تقویت­کننده­ها نیز مدرج تابعی می­باشد. روابط کرنش-جا­به­جایی با توجه به روابط غیرخطی فن­کارمن و تئوری کلاسیک پوسته­ها به­دست آمده است. برای حل دینامیکی غیرخطی مسأله از روش تقویت­کننده­های تکه­ای و روش گالرکین استفاده شده است. با در نظر گرفتن یک عبارت سه جمله­ای برای شکل خیز، رابطه       فرکانس-دامنه ارتعاش غیرخطی به فرم ساده­ای تبدیل می­شود. پاسخ دینامیکی غیرخطی با روش رانگ کوتا مرتبه چهارم به دست می­آید. رفتار کمانش دینامیکی غیرخطی پوسته­های مدرج تابعی تقویت­شده نیز بر اساس معیار بدیانسکی- راث بررسی می­شود. اثر پارامتر­هایی از جمله    تقویت­کننده­ها، بستر الاستیک و نیروی محرکه بر منحنی ارتعاش غیر خطی فرکانس- دامنه و تأثیر میرایی و سرعت بارگذاری بر پاسخ­های دینامیکی غیر خطی پوسته­های استوانه­ای مدرج تابعی، بررسی شده است. همچنین فرکانس­های طبیعی، بار­های کمانش استاتیکی و دینامیکی غیرخطی نیز محاسبه شده است.

کلیدواژه‌ها


  1. Shen, H.S. “Postbuckling Analysis of Pressure-Loaded Functionally Graded Cylindrical Shells in Thermal Environments”, Eng. Struct., Vol. 25, No. 4, pp. 487-497, 2003.
  2. Huang, H. and Han, Q. “Nonlinear Elastic Buckling and Postbuckling of Axially Compressed Functionally Graded Cylindrical Shells”, Int. J. Mech. Sci., Vol. 51, No. 7, pp. 500-507, 2009.
  3. Shen, H.S. “Torsional Buckling and Postbuckling of FGM Cylindrical Shells in Thermal Environments”, Int. J. Non-Linear Mech., Vol. 44, No. 6, pp. 644-657, 2009.
  4. Azimi, P., Mehrabani, M.M., and Jafari, A.A. “Effect of Internal Pressure on Free Vibration of a FGM Cylindrical Shell”, Aerospace Mech. J., Vol. 7, No. 1, pp. 81-90, 2011. (In Persian)
  5. Zozulya, V.V. and Zhang, and Ch. “A High Order Theory for Functionally Graded Axisymmetric Cylindrical Shells”, Int. J. Mech. Sci., Vol. 60, No. 1, pp. 12-22, 2012.
  6. Shen, H.S. “Postbuckling of Shear Deformable FGM Cylindrical Shells Surrounded by an Elastic Medium”, Int. J. Mech. Sci., Vol. 51, No. 5, pp. 372-383, 2009.
  7. Bagherizadeh, E., Kiani, Y., and Eslami, M.R. “Mechanical Buckling of Functionally Graded Material Cylindrical Shells Surrounded by Pasternak Elastic Foundation”, Compos. Struct., Vol. 93, No. 11, pp. 3063-3071, 2011.
  8. Sofiyev, A.H. “Buckling Analysis of FGM Circular Shells Under Combined Loads and Resting on the Pasternak Type Elastic Foundation”, Mech. Res. Commun., Vol. 37, No. 6, pp. 539-544, 2010.
  9. Najafizadeh, M.M., Hasani, A., and Khazaeinejad, P. “Mechanical Stability of Functionally Graded Stiffened Cylindrical Shells”, Appl. Math., Vol. 54, No. 2, pp. 1151-1157, 2009.
  10. Bich, D.H., Nam, V.H., and Phuong, N.T. “Nonlinear Postbuckling of Eccentrically Stiffened Functionally Graded Plates and Shallow Shells”, Vietnam J. Mech., Vol. 33, No. 3, pp. 132-147, 2011.
  11. Dung, D.V. and Hoa, L.K. “Nonlinear Buckling and Post-buckling Analysis of Eccentrically Stiffened Functionally Graded Circular Cylindrical Shells Under External Pressure”, Thin-Walled Struct., Vol. 63, pp. 117-124, 2013.
  12. MalekzadehFard K., ZamaniSani, S.M., and Tajdari, M., Satouri, S. “Dynamic Analysis of the Long Thick Cylindrical Shell Subjected to Mechanical Transient Moving Pressure”, Aerospace Mech. J., Vol. 10, No. 3, pp. 43-52, 2014. (In Persian)
  13. Isvandzibaei, M.R., Setareh, M., and Jahani, A. “Comparison of Clamped-Clamped and Clamped-Free Boundary Conditions for Free Vibration of FGM Cylindrical Shell with Ring Support, Based on Third Order Shear Deformation Theory”, Aerospace Mech. J., Vol. 6, No. 3, pp. 25-38, 2010. (In Persian)
  14. Dung, D.V. and Nam, V.H. “Nonlinear Dynamic Analysis of Eccentrically Stiffened Functionally Graded Circular Cylindrical Thin Shells Under External Pressure and Surrounded by an Elastic Medium”, European J., Vol. 46, pp. 42-53, 2014.
  15. Darabi, M., Darvizeh, M., and Darvizeh, A. “Non-linear Analysis of Dynamic Stability for Functionally Graded Cylindrical Shells Under Periodic Axial Loading”, Compos. Struct., Vol. 83, No. 2, pp. 201-211, 2008.
  16. Sofiyev, A.H. “The Vibration and Stability Behavior of Freely Supported FGM Conical Shells Subjected to External Pressure”, Compos. Struct. Vol. 89, No. 3, pp. 356-366, 2009.
  17. Huang, H. and Han, Q. “Nonlinear Dynamic Buckling of Functionally Graded Cylindrical Shells Subjected to a Time-dependent Axial Load”, Compos. Struct., Vol. 92, No. 2, pp. 593-598, 2010.
  18. Budiansky, B. and Roth, R.S. “Axisymmetric Dynamic Buckling of Clamped Shallow Spherical Shells”, NASA technical, note D_1510, pp. 597-606, 1962.
  19. Najafov, A.M., Sofiyev, A.H., and Kuruoglu, N., “Torsional Vibration and Stability of Functionally Graded Orthotropic Cylindrical Shells on Elastic Foundations”, Meccanica, Vol. 48, No. 4, pp. 829-840, 2013.
  20. Duc, N.D. and Thang, P.T. “Nonlinear Dynamic Response and Vibration of Shear Deformable Imperfect Eccentrically Stiffened S-FGM Circular Cylindrical Shells Surrounded on Elastic Foundations”, j.ast, Vol. 40, pp. 115–127, 2015.
  21. Bich D.H., Dung D.V., and Nam V.H., “Nonlinear Dynamical Analysis of Eccentrically Stiffened Functionally Graded Cylindrical Panels”, Compos. Struct., Vol. 94, No. 8, pp. 2465-2473, 2012.
  22. Bich D.H., Dung D.V., and Nam V.H., “Nonlinear Dynamic Analysis of Eccentrically Stiffened Imperfect Functionally Graded Doubly Curved Thin Shallow Shells”, Compos. Struct., Vol. 96, pp. 384-395, 2013.
  23. Bich D.H., Duc N.D., and Quan T.Q. “Nonlinear Vibration of Imperfect Eccentrically Stiffened Functionally Graded Double Curved Shallow Shells Resting on Elastic Foundation Using the First Order Shear Deformation Theory” Mechanical Sciences, Vol. 80, pp. 16-28, 2013.
  24. Brush, D.O. and Almroth, B. O. “Buckling of Bars, Plates and Shells”, Mc Graw-Hill, New York, 1975.
  25. Reddy, J.N. and Starnes, J.H. “General Buckling of Stiffened Circular Cylindrical Shells According to a Layerwise Theory”, Comput. Struct., Vol. 49, No. 4, pp. 605-616, 1993.
  26. Volmir, A.S. “Non-linear Dynamics of Plates and Shells”, Science Edition M, USSR, 1972. (in Russian).
  27. Sewall, J.L. and Naumann, E.C. “An Experimental and Analytical Vibration Study of Thin Cylindrical Shells with and Without Longitudinal Stiffeners”, NASA technical, note D-4705, pp. 1-54, 1968.
  28. Baruch, M. and Singer, J. “Effect of Eccentricity of Stiffeners on the General Instability of Stiffened Cylindrical Shells Under Hydro-static Pressure”, J. Mech. Eng. Sci. Vol. 5, No. 1, pp. 23-27, 1963.
  29. Shen, H.S. “Post-buckling Analysis of Imperfect Stiffened Laminated Cylindrical Shells Under Combined External Pressure and Thermal Loading”, Int. J. Mech., Vol. 40, No. 4, pp. 339-355, 1998.
  30. Sofiyev, A.H. “The Non-linear Vibration of FGM Truncated Conical Shells”, Compos. Struct., Vol. 94, No. 7, pp. 2237-2245, 2012.
  31. Paliwal, D.N., Pandey, R. K., and Nath, T. “Free Vibration of Circular Cylindrical Shell on Winkler and Pasternak Foundation”, Int. J. Pres. Ves. Pip., Vol. 69, No. 1, pp. 79-89, 1996.