تحلیل دینامیکی و ارتعاشی پوسته استوانه‌ای کامپوزیتی با لایه های پیزوالکتریک

نوع مقاله: گرایش دینامیک،ارتعاشات و کنترل

نویسندگان

1 امام حسین(ع)

2 عضو هیئت علمی دانشگاه امام حسین (ع)

3 دانشجوی دانشگاه امام حسین (ع)

4 دانشگاه جامع امام حسین (ع)

چکیده

در این مقاله، تحلیل دینامیکی و ارتعاشاتی پوسته استوانه‌ای ساخته شده از لایه‌های گرافیت اپوکسی به همراه دو لایه‌ی پیزوالکتریک در دو سطح داخلی و خارجی آن پرداخته شده است. استخراج معادلات حرکت بر پایه تئوری سندرز برای پوسته‌های نازک انجام شده است. معادلات حرکت که به صورت مشتق-های جزئی به دست می‌آیند، به روش رانگ کوتای مرتبه‌ی چهارم حل شده‌اند. ابتدا به بررسی شماری از پارامترهای هندسی مسئله شامل ضخامت پوسته، شعاع و طول پوسته، و زاویه‌ی الیاف در تغییر فرکانس‌های اصلی پرداخته شده است. در نهایت تاثیر پارامترهای پیزوالکتریک در پاسخ ارتعاشاتی و دینامیکی پوسته‌های استوانه‌ای بررسی شده است.در همه ی موارد بررسی شده با افزایش نسبت L/R مشاهده می‌شود که تاثیر ضرایب پیزوالکتریک افزایش یافته است. نتایج نشان می دهد که در میان پارامترهای پیزو‌الکتریک پارامتر C11 بیشترین تاثیر را در پاسخ فرکانسی دارد. تاثیر سایر پارامترهای پیزو الکتریک نیز نسبت به این پارامتر در پاسخ فرکانسی ناچیز ارزیابی شده است.

کلیدواژه‌ها


  1. Qatu, M. S. “Recent Research Advances in the Dynamic Behavior of Shells: 1989-2000, Part 1”, Laminated Composite Shells.  Applied Mechanics Reviews, Vol. 55, No. 4, pp.325-350, 2002.##
  2. Paul, H. S. and Venkatesan, M. “Vibrations of a Hollow Circular Cylinder of Piezoelectric Ceramics”. The Journal of the Acoustical Society of America, Vol. 82, No. 3, pp.952-956, 1987.##
  3. Hawkes, T. D. and Soldatos, K. P. “Three‌ Dimensional Axisymmetric Vibrations of Orthotropic and Cross-Ply Laminated Hollow Cylinders”. AIAA journal, Vol. 30, No. 4, pp.1089-1098, 1992.##
  4. Xavier, P. B., Chew, C. H. and Lee, K. H. “Buckling and Vibration of Multilayer Orthotropic Composite Shells Using a Simple Higher-Order Layerwise Theory”, International Journal of Solids and Structures, Vol. 32, No. 23, pp.3479-3497, 1995.##
  5. Ding, H. J., Chen, W. Q., Guo, Y. M. and Yang, Q. D. “Free Vibrations of Piezoelectric Cylindrical Shells Filled with Compressible Fluid”. International Journal of Solids and Structures, Vol. 34, No. 16, pp.2025-2034, 1997.##
  6. Suzuki, K., Shikanai, G. and Chino, T. “Vibrations of Composite Circular Cylindrical Vessels”. International journal of solids and structures, Vol.35, No. 22, pp.2877-2899, 1998.##
  7. Zhang, X. M. “Vibration Analysis of Cross-Ply Laminated Composite Cylindrical Shells Using the Wave Propagation Approach”. Applied Acoustics, Vol. 62, No. 11,  pp.1221-1228, 2001##
  8. Hong-yun, L., Qi-yong, L., Zheng-xing, L. and Chao, W.A.N.G. “Active Control of The Piezoelastic Laminated Cylindrical Shell's Vibration under Hydrostatic Pressure”. Applied Mathematics and Mechanics, Vol. 24, No. 2, pp.182-195, 2003.##
  9. Alibeigloo, A. and Shakeri, M. “Elasticity Solution for the Free Vibration Analysis of Laminated Cylindrical Panels Using the Differential Quadrature Method”. Composite structures, Vol. 81, No. 1, pp.105-113, 2007.##
  10. Chen, W.  Q., Bian, Z. G., Lv, C.  F. and Ding, H. J. “3D Free Vibration Analysis of a Functionally Graded Piezoelectric Hollow Cylinder Filled with Compressible Fluid”. International Journal of Solids and Structures, Vol. 41, No. 3, pp.947-964, 2004.##
  11. Santos H. M. Soares C. Reddy J. N. “A Finite Element Model for the Analysis of 3D Axisymmetric Laminated Shells with Piezoelectric Sensors and Actuators: Bending and Free Vibration”. Journal of Computer and Structures. Vol. 86, No. 9, pp.940-947, 2007.##
  12. Alibeigloo A., Madoliat R. “Static Analysis of Cross-Ply Laminated Plates with Integrated Surface Piezoelectric Layers Using Differential Quadrature”. Composite Structures. Vol. 83, No. 3, pp.342-353. 2008.##
  13. Alibeigloo, A. and Kani, A. M. “3D Free Vibration Analysis of Laminated Cylindrical Shell Integrated Piezoelectric Layers Using the Differential Quadrature Method”. Applied Mathematical Modelling, Vol. 34, No. 12, pp.4123-4137, 2010.##
  14. Kani, A. Beigloo, A. “Numerical Vibrations Resolution of a Multi-Layer Cylindrical Shell with a Piezoelectric Layer”; Journal of Solid Mechanics. Vol 6, 1392. (In Persian)##
  15. Ansari, R., Pourashraf, T., Gholami, R. and Shahabodini, A. “Analytical Solution for Nonlinear Postbuckling of Functionally Graded Carbon Nanotube-Reinforced Composite Shells with Piezoelectric Layers”. Composites Part B: Engineering, 90, pp. 267-277, 2016.##
  16. SafarPour, H., Ghanbari, B. and Ghadiri, M. “Buckling and Free Vibration Analysis of High Speed Rotating Carbon Nanotube Reinforced Cylindrical Piezoelectric Shell”. Applied Mathematical Modelling, Vol. 65, pp.428-442, 2019.##
  17. Mousavi, S.A.., Kafash Mirza Rahimi, M.,  Mahjoub, S. “Vibrations of a Rotating Functionally Graded Cylindrical Shell under Pressure with Ring and Stringer Stiffened”. Aerospace Mechanics Journal, Vol. 16, No. 3, pp.127-139, 2020. (In persian)##
  18. Mamandi, H. Najafi, A. “Nonlinear Vibration Analysis of a Composite Cylindrical Shell on a Viscoelastic Foundation and under Subsonic External Air Flow”. Aerospace Mechanics Journal, Vol. 15, No. 3, pp.127-139, 2020.(in persian)##
  19. Amabili, M. “Nonlinear Vibrations and Stability of Shells and Plates”. Cambridge University Press,  2008.##
  20. Soykasap, Ö., Mecitoğlu, Z. and Borat, O. “Dynamic Response of Composite Cylindrical Shells to Shock Loading”. Mathematical and Computational Applications, Vol. 1, No. 1, pp.85-96, 1996.##
  21. Sanders Jr, J.L. “An Improved First-Approximation Theory for Thin Shells”. NASA Rep, Vol. 24. US Government Printing Office, 1959.##
  22. Bert C.W. and Kumar M., “Vibration of Cylindrical Shells of Bimodulus Composite Materials”, Journal of Sound and Vibration, Vol. 81, No.1, pp.107-121, 1982.##
  23. Arthur, W.  L. and Mohamad, S. Q. “Vibrations of Continuous Systems”. New York Chicago San Francisco, 2011. ##
  24. Tiersten, H. F. “Linear Piezoelectric Plate Vibration”. plenum press, 1969.##
  25. Kraus, H. “Thin Elastic Shells , john Wiley , Sons , Inc , New York , USA 1967.##
  26. Kargarnovin. M. H., Najafzadeh. M. M., and Viliani, N. S. “Vibration Control of Functionally Graded Material Plate Patched with Piezoelectric Actuators and Sensors Under a Constant Electric Charge”. Smart Mater. Struct. Vol. 16, No. 4, pp. 1252-1259, 2007.##
  27. Qatu, M.  S. “Vibration of Laminated Shells and Plates”. Academic Press, 2004.##
Azarafza, R., Davar. A., Civalek. Ö. “Investigating Buckling and Free Vibration of Cylindrical Shells Multi-Layer Composite”, Fourteenth Annual Conference (International) Mechanical Engineering, 2006.##