بررسی تجربی و عددی عدم تقارن در صفحات دوپایداری هیبریدی برای استفاده در سازه‌های تطبیق‌پذیر

نوع مقاله : مکانیک جامدات

نویسندگان

1 گروه سازه های هوافضائی، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 استاد گروه سازه های هوافضائی/ دانشکده مهندسی هوافضا/ دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 مرکز فنی و مهندسی بوئین‌زهرا-دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران

چکیده

یکی از انواع سازه‌های تطبیق‌پذیر، صفحات مرکب دو یا چند پایداری هستند که با اعمال بارگذاری قادر به تغییرشکل و حفظ، حالت پایداری خود هستند. در این مقاله به بررسی رفتار صفحات مرکب دوپایداری هیبریدی شامل یک‌لایه آلومینیوم در یک طرف آن به‌عنوان روشی جدید برای ایجاد عدم تقارن در دوپایداری و در نتیجه کنترل‌پذیری صفحات دوپایداری پرداخته شده و نتایج مورد ارزیابی تجربی و عددی قرار گرفته است. در همین راستا، تغییرشکل صفحه در دو حالت پایداری و برای دو صفحه با لایه آلومینیوم (هیبریدی) و بدون لایه آلومینیوم، مقایسه شده است. در ادامه، میزان تغییرات انرژی کرنشی با تغییر دمای محیط و مدت‌زمان سرد شدن مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج این تحقیق نشان می­دهد، اضافه‌کردن لایه آلومینیوم می‌تواند ضمن ایجاد بستری برای اتصال عملگرهای پیزوالکتریک، آلیاژهای حافظه‌دار و اعمال تغییرشکل از طریق تغییرات دمایی، در صورت اتصال به صفحات دیگر، منجر به پیوستگی در مرزهای ناپیوسته شده و گزینه­ای مناسب برای ایجاد تغییرشکل‌های پیوسته در سازه‌های هوافضایی نظیر انعکاس‌دهنده‌های رادیوئی و سطوح کنترل پرواز باشند.

کلیدواژه‌ها


Smiley face

  1.  Friswell, M. I., and Inman, D. J., "Morphing concepts for UAVs." In 21st Bristol UAV Systems Conference, pp. 1-13, 2006.##

    1. Silvestro, B., Bilgen, O., Ajaj, R. M., Friswell,
      M. I., and J. Inman. D., "A Review of Morphing Aircraft", Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol 22, No. 9, pp. 823-877, 2011.##
    2. Hang, Z., Fang, H., Santer M. J., Yangqing Hou
      L. L., Wu, K., and Jiang, H., "The Selection and Optimization of the Reconfigurable Shaped Reflector Structure Material", In MATEC Web of Conferences, Vol. 175, p. 01024. EDP Sciences, 2018.##
    3. Diaconu, C. G., Weaver, P. M., and Filippo M., "Concepts for morphing airfoil sections
      using bi-stable laminated composite
      structures", Thin-Walled Structures Vol. 46,
      No. 6, pp. 689-701, 2008.##
    4. Seffen, K. A., "Mechanical memory metal: a novel material for developing morphing engineering structures", Scripta materialia Vol. 55, No. 4,
      pp. 411-414, 2006.##
    5. Bowen, C. R., Butler, R., Jervis, R., Kim, H. A., and Salo, A. I. T., "Morphing and shape control using unsymmetrical composites", Journal of Intelligent Material Systems and Structures Vol. 18, No. 1
      pp. 89-98, 2007.##
    6. Hyer, M. W., "Some observations on the cured shape of thin unsymmetric laminates", Journal of Composite Materials Vol. 15, No. 2 pp. 175-194, 1981.##
    7. Dano, Marie-Laure, and Michael W. Hyer. "Thermally-induced deformation behavior of unsymmetric laminates." International journal of solids and structures 35, No.17, pp. 2101-2120, 1998.##
    8. Dano, M-L., and Michael W. Hyer. "Snap-through of unsymmetric fiber-reinforced composite laminates." International journal of solids and structures 39, No. 1 , pp. 175-198, 2002##
    9. Tawfik, Samer A., D. Stefan Dancila, and Erian Armanios. "Unsymmetric composite laminates morphing via piezoelectric actuators." Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 42,
      No. 7, pp. 748-756, 2011##
    10. Murugan, Senthil, and M. I. Friswell. "Morphing wing flexible skins with curvilinear fiber composites." Composite Structures. Vol. 99, pp. 69-75, 2013.##
    11. Bubert, Edward Adams. "HIGHLY EXTENSIBLE SKIN FOR A VARIABLE WING-SPAN MORPHING AIRCRAFT UTILIZING PNEUMATIC ARTIFICIAL MUSCLE ACTUATION." PhD diss., 2009.##
    12. Hiroaki, Tanaka, Hiraku Sakamoto, Akiya Inagaki, Kosei Ishimura, Akihiro Doi, Yusuke Kono, Tomoaki Oyama, Kazuki Watanabe, Yu Oikawa, and Takeshi Kuratomi. "Development of a smart reconfigurable reflector prototype for an extremely high-frequency antenna." Journal of Intelligent Material Systems and Structures 27, No. 6,
      pp. 764-773, 2016.##
    13. Hum SV, Perruisseau-Carrier J. Reconfigurable reflectarrays and array lenses for dynamic antenna beam control: A review. IEEE Trans Antennas Propag, Vol. 62, pp. 183–98, 2014.##
    14. Washington, Gregory. "Smart aperture antennas." Smart Materials and Structures 5, No. 6 , 801, 1996.##
    15. Freeland RE, Helms rg. deployable antenna structures technologies Robert E. Freeland Richard G. Helms. Jet Propuls 2009.##
    16. Hu, Jianqiang, Shu Lin, and Fuhong Dai. "Pattern reconfigurable antenna based on morphing bistable composite laminates." IEEE Transactions
      on Antennas and Propagation 65, no. 5 ,
      pp. 2196-2207. 2017##
    17. Hu J, Li Y, Dai F. "Multifunctional pattern reconfigurable wrist antenna structures based on bistable composite cylinderical shells for on-body applications. " ICCM Int Conf Compos Mater,
      Augus, pp. 8–10, 2017##
    18. Pirrera, A., D. Avitabile, and P. M. Weaver. "Bistable plates for morphing structures: a refined analytical approach with high-order polynomials." International Journal of Solids and Structures 47, No. 25-26 , pp. 3412-3425. 2010##
    19. Daynes, S., P. M. Weaver, and J. A. Trevarthen. "A morphing composite air inlet with multiple stable shapes." Journal of intelligent material systems and structures 22, No. 9 , pp. 961-973. 2011##
    20. Thornburgh, Robert P., Andrew R. Kreshock, Matthew L. Wilbur, Martin K. Sekula, and Jinwei Shen. "Continuous trailing-edge flaps for primary flight control of a helicopter main rotor." 2014.##
    21. Wilbur, Matthew L., Mihir P. Mistry, Peter F. Lorber, Robert Blackwell Jr, Silvestro Barbarino, Thomas H. Lawrence, and Uwe TP Arnold. "Rotary wings morphing technologies: state of the art and perspectives." In Morphing Wing Technologies, pp. 759-797. Butterworth-Heinemann, 2018.##
    22. Mostafavi, Sajad, Mohammad Golzar, and Akbar Alibeigloo. "On the thermally induced multistability of connected curved composite plates." Composite Structures 139, pp. 210-219. 2016##
    23. Tawfik, Samer A., D. Stefan Dancila, and Erian Armanios. "Planform effects upon the bistable response of cross-ply composite shells." Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 42, No. 7 , pp. 825-833. 2011##
    24. Diaconu, Cezar G., Paul M. Weaver, and Andres F. Arrieta. "Dynamic analysis of bi-stable composite plates." Journal of Sound and Vibration 322,
      No. 4-5 , pp. 987-1004. 2009.##
    25. Daynes, Stephen, P. M. Weaver, and K. D. Potter. "Aeroelastic study of bistable composite airfoils." Journal of aircraft 46, No. 6 , pp. 2169-2174, 2009.##
    26. Mattioni, F., Paul M. Weaver, and M. I. Friswell. "Multistable composite plates with piecewise variation of lay-up in the planform." International Journal of Solids and Structures 46, No. 1 ,
      pp. 151-164, 2009.##
    27. Gatto, A., F. Mattioni, and M. I. Friswell. "Experimental investigation of bistable winglets to enhance aircraft wing lift takeoff capability." Journal of Aircraft 46, No. 2 , pp. 647-655, 2009.##
    28. Kuder, Izabela K., Andres F. Arrieta, and Paolo Ermanni. "Design space of embeddable variable stiffness bi-stable elements for morphing applications." Composite Structures 122 , pp.
      445-455. 2015##
    29. Arrieta, Andres F., Izabela K. Kuder, Tobias Waeber, and Paolo Ermanni. "Variable stiffness characteristics of embeddable multi-stable composites." Composites Science and Technology 97 , pp. 12-18, 2014.##
    30. Harne, Ryan L., and K. W. Wang. "A review of the recent research on vibration energy harvesting via bistable systems." Smart materials and structures 22, No. 2 , 023001, 2013.##
    31. Cui, Yuefeng, and Matthew Santer. "Highly multistable composite surfaces." Composite Structures 124 , pp. 44-54, 2015.##
    32. Cui, Yuefeng, and Matthew Santer. "Characterisation of tessellated bistable composite laminates." Composite Structures 137 , pp. 93-104. 2016##
    33. Arena, Maurizio, Christof Nagel, Rosario Pecora, Oliver Schorsch, and Ignazio Dimino. "Static and Dynamic Performance of a Morphing Trailing Edge Concept with High-Damping Elastomeric Skin." Aerospace 6, No. 2 , 22, 2019.##
    34. Brunetti, Matteo, A. Vincenti, and S. Vidoli. "A class of morphing shell structures satisfying clamped boundary conditions." International Journal of Solids and Structures 82 , pp. 47-55, 2016.##
    35. Fazli M, Sadr M H, Ghashochi H. "Adaptive structures via bistable hybrid composite laminates, Numerical and experimental study. " 27 th ISME conference. Tehran,Iran. (In Persian)##
    36. Potter, Kevin, Paul Weaver, Akbar Abu Seman, and Sanjay Shah. "Phenomena in the bifurcation of unsymmetric composite plates." Composites Part A: Applied Science and Manufacturing 38, No. 1 , pp. 100-106, 2007.##
    37. Haldar, Ayan, José Reinoso, Eelco Jansen, and Raimund Rolfes. "Thermally induced multistable configurations of variable stiffness composite plates: Semi-analytical and finite element investigation." Composite Structures 183,
      pp. 161-175, 2018.##