تحلیل پایداری دینامیکی پوسته‌های استوانه‌ای مشبک کامپوزیتی تحت بارهای هارمونیک با استفاده از نظریه دانل

نوع مقاله : گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

2 استادیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

3 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

4 استاد، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری های ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

5 دانشجوی دکتری، مهندسی هوافضا، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

چکیده

در سازه‌های هوافضایی به‌دلیل نوسانات منابع تحریک‌کننده مانند نیروی پیشران موتور، امکان بروز پدیده ناپایداری دینامیکی که پدیده‌ای مخرب است، وجود دارد. لذا در این مقاله پایداری دینامیکی پوسته‌های استوانه‌ای کامپوزیتی چندلایه که با تقویت‌کننده مشبک ایزوگرید مقاوم شده است تحت بارگذاری ترکیبی نیروهای استاتیکی و متناوب با استفاده از نظریه دانل برای پوسته‌های جدار نازک مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از روش سفتی معادل، سفتی سازه‌های مشبک کامپوزیتی نیز به روش آغشته‌سازی از تقویت‌کننده‌ها محاسبه شده است. بسط یک مد نرمال برای معادلات حرکت منجر به سیستم معادلات متیو- هیل می‌گردد. از روش بولتین برای تعیین نواحی ناپایداری برای حل معادلات متیو- هیل شده است. تأثیر مولفه­های تقویت‌کننده‌های مشبک ایزوگرید از قبیل زاویه ریب‌ها، فاصله ریب‌های محیطی و حلقوی، سطح مقطع ریب‌ها و همچنین تأثیر نسبت‌های طول پوسته استوانه‌ای به شعاع و ضخامت به شعاع مورد آزمایش و مقایسه قرار گرفته است. اعتبارسنجی نتایج فرکانس طبیعی و پایداری دینامیکی با مقایسه با نرم‌افزار آباکوس و همچنین مقالات دیگر محققان صورت پذیرفته است. نتایج نشان می‌دهد که با کاهش زاویه ریب‌های مارپیچ، در پوسته‌های استوانه‌ای مشبک کامپوزیتی فرکانس اصلی ناپایداری افزایش و وسعت ناحیه ناپایداری کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A Dynamic Stability Analysis of Composite Grid-Stiffened Cylindrical Shells under Harmonic Loads Using the Donnelly Theory

نویسندگان [English]

  • Hamid Alirezvani 1
  • Ali Davar 2
  • Mohsen Heydari Beni 3
  • Jafar Eskandari Jam 4
  • Majid Eskandari Shahraki 5
1 M.Sc., Mechanical Engineering, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, University Complex of Materials and Manufacturing Technology, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.
3 Ph.D. student, Mechanical Engineering, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.
4 Professor, University Complex of Materials and Manufacturing Technology, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.
5 PhD Student, Aerospace Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
چکیده [English]

In aerospace structures, due to the fluctuations of excitation sources such as the engine propulsion, there is a possibility of dynamic instability, which is a destructive phenomenon. In this paper, the dynamic stability of composite grid-stiffened cylindrical shells under a combinational loading of static and fluctuating forces has been investigated using the Dunnelly theory for thin-walled shells. Using the equivalent stiffness method, the stiffness of composite grid structures has also been calculated by the method of reinforcements impregnation. The development of a normal mode for motion equations leads to the system of Matthew-Hill equations. The Boltin method is used to determine the instability regions to solve the Matthew-Hill equations. The effect of iso-grid mesh reinforcement parameters such as the rib angle, circumferential and annular rib spacing and the rib cross section as well as the effect of cylindrical shell length to radius and thickness to radius ratios have been tested and compared. The validation of the natural frequency and dynamic stability results has been done by comparison with Abaqus software and other researchers' articles. The results show that by decreasing the angle of the helical ribs, in the shells of composite grid cylinders, the main instability frequency increases and the amplitude of the instability region decreases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite Grid-Stiffened Cylindrical Shell
  • Dynamic Stability
  • Donnelly Theory
  • Matthew-Hill Equations

Smiley face

مراجع

  1. 1. Yamaki, K. Nagai, “Dynamic stability of circular cylindrical shells under periodic shearing forces”, Journal of Sound and Vibration, Vol. 45, No. 4, pp. 513-527, 1976.##
  2. 2. Yamaki, K. Nagai, “Dynamic stability of circular cylindrical shells under periodic compressive forces”, Journal of Sound and Vibration, Vol. 58, No. 3, pp. 425-441, 1978.##
  3. 3. Ganapathi, T.K. Varadan, V. Balamurugan, “Dynamic instability of laminated composite curved panels using finite element method”, Computers & Structures, Vol. 53, No. 2,
    pp. 335-342, 1994.##
  4. 4. Qinkai Han, Zhaoye Qin, Jingshan Zhao, Fulei Chu, “Parametric instability of cylindrical thin shell with periodic rotating speeds”, International Journal of Non-Linear Mechanics, Vol. 57,
    201–207, 2013.##
  5. 5. Yazdani, H. Rahimi, A. A. Khatibi, S. Hamzeh, "An experimental investigation into the buckling of GFRP stiffened shells under axial loading", Scientific Research and Essay, Vol .9,
    pp .914-920,2009.##
  6. 6. Yazdani M., Rahimi H., Khatibi, A. A., and Hamzeh S., “An experimental investigation into the buckling of GFRP stiffened shells under axial loading”, Scientific Research and Essays,
    4, No. 9, pp. 914-920 , 2009.##
  7. 7. Yazdani M. and Rahimi G.H., “The effects of helical ribs number and grid types on the buckling of thin-walled GFRP-stiffened shells under axial loading”, Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol. 29, No. 17, pp. 2568-2575, 2010.##
  8. 8.Yazdani,G.Rahimi, “Thebehavior of GFRP-stiffened and-unstiffened shells under cyclic axial loading and unloading”, Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol. 30, No. 5,
    pp .440-445, 2011.##
  9. 9.Y.M.A.Ghasemi,S.M.Hoseini, “Analysis of effective parameters on the buckling of grid stiffened composite shells based on first order shear deformation theory” ,Modares Mechanical Engineering ,Vol .13, No.10, pp. 51-61, 2013.
    (In Persian)##
  10. 10. Talezadehlari,Gh.H.Rahimi, “Buckling analysis of stiffened composite cylindrical shell based on the modifieds mear method,Modares Mechanical Engineering", Vol.15, No.11, pp. 319-329, 2015 (In Persian)##
  11. 11. Kidane, G. Li, J. Helms, S.-S. Pang, E. Woldesenbet, "Buckling load analysis of grid stiffened composite cylinders", Composites Part B: Engineering, Vol. 34, No. 1, pp.1-9, 2003.##
  12. 12. Y. Lam, C.T. Loy. “Influence Of boundry conditions for a thin laminated rotating cylindrical shell”, Composite Structure, Vol. 41, pp. 215-167, 1998.##
  13. 13.P. Timoshenko, “Theory of plates and shells”, McGraw-Hill, Singapore,1989.##
  14. 14. Stefan Markus, “The mechanics of vibration of cylindrical shells”, Elsevier Amsterdam-Oxford_New Tork-Tokyo-1988.##
  15. 15. Farshad, “Design and analysis of shell structures”, Kluwer academic publishers, Dordrecht/Boston/London,1992.##
  16. Tizfahm, A., "Stress analysis and buckling study of a thin-walled cylindrical shell for weight loss" Master Thesis, Amirkabir University, 2002.
    (in Persian)##
  17. 17.C. Ugural, “Stresses in plate and shells”, McGraw-Hill, Singapor, 1999.##
  18. 18. R, Vinson, “The mechanical behavior of shells composed of isotropic and composite materials”, Kluwer academic publishers, Dordrecht/ Boston/London,1993.##
  19. Mohseni Shakib, M., “Analysis and design of composite structures”. Imam Hossein University Press, Tehran, Iran, 1995. (in Persian)##

 

 

 

 

 

 

  1. 20. Ruotolo, “A Comparison of Some Thin Shell Theories Used for The Dynamic Analysis of Stiffened Cylinders”, Journal of Sound and Vibration, Vol. 243, No. 5, pp. 847-860, 2001.##
  2. 21. Leissa, “Vibration of shells” NASA SP-288, U.S, Government printing office, 1973.##
  3. 22. Meirovitch, “Fundamentals of vibration” McGraw-Hill, 2001.##
  4. 23. Kidane, “Buckling Analysis of Grid Stiffened Composite Structures”, Msc Thesis, Department of Mechanical Engineering, Louisiana StateUniversity, 2002.##
  5. 24. Kaw A.K., Mechanics of Composite Materials, 2006, Taylor & Francis Group, LLC: New York. pp. 320-325.##
  6. 25. Kidane S., Li, G., Helms J., Pang S. S., and Woldesenbet E., “Buckling load analysis of grid stiffened composite cylinders”, Composites Part B: Engineering, Vol. 34, No.1, pp. 1-9, 2003.##
  7. Eskandari-Jam, J., Yousefzadeh, M., "Determination of stiffness matrix of composite cylindrical shell cylinders under axial load", 8th Annual (International) Conference of Iran Aerospace Association, Isfahan Shahinshahr, Malek Ashtar University of Technology, 2009.
    (in Persian)##
  8. 27. Y. Lam and T. Y. Ng, “Dynamic stability analysis of laminated composite cylindrical shells subjected to conservative periodic axial loads”, Department of Mechanical and Production Engineering, National University of Singapore, 10 Kent Ridge Crescent, Singapore, 119260, Singapore, 1998##
  9. Kourosh, S., "Optimal design and testing of composite lattice shells under compressive axial load", 12th Conference of the Iranian Aerospace Association, Tehran, Amirkabir University of Technology, 2012. (in Persian)##
  10. Xie, Wei-Chau. Dynamic stability of structures. Cambridge University Press, 2006.##

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 05 فروردین 1400
  • تاریخ بازنگری: 15 مرداد 1400
  • تاریخ پذیرش: 15 شهریور 1400
  • تاریخ انتشار: 01 بهمن 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار