شماره راهنما :
1575 دكتري
پديد آورنده :
فيروزيان نژاد، احمد
عنوان :
مطالعه ي تجربي و عددي رفتار استاتيكي و ديناميكي ورق مركب هيبريدي دوپايا
گرايش تحصيلي :
طراحي كاربردي (مكانيك جامدات)
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هفده، 111ص. :مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
مصطفي غيور، سعيد ضيايي راد
استاد مشاور :
رضا تيكني، سمير مصطفي
توصيفگر ها :
ورق مركب دوپاياي هيبريدي , بارگذاري مكانيكي گرمايي , رفتار ارتعاشي , رفتار استاتيكي , اصل هاميلتون , روش اجزاي محدود
استاد داور :
مهدي كاروان، مهدي سلماني تهراني، علي لقماني، محمد شرعيات
تاريخ ورود اطلاعات :
1399/03/21
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1399/03/21
چكيده فارسي :
چكيده در سالهاي اخير سازههاي مورفينگ و تطبيق شونده بهعنوان راه حلي براي عملكرد بهتر سازههاي فضايي در نظر گرفته ميشوند هندسه و خواص اين سازه ها با توجه به شرايط محيطي و بار اعمالي متفاوت بوده و برحسب نياز تغيير ميكند طرحهاي فعلي استفاده شده در سازههاي مورفينگ معموال شامل مجموعهي پيچيدهاي از اجزاي مكانيكي به هم متصل شده و محركهاي مختلف ميباشد سازههاي مركب دوپايا به خاطر داشتن دو حالت پايدار عدم نياز به منبع دائم انرژي براي ماندن در هر كدام از اين حالتهاي پايدار نسبت استحكام به وزن باال و سادگي ميتوانند جايگزين خوبي براي طرحهاي فعلي در سازههاي مورفينگ باشند تاكنون مطالعات زيادي در زمينهي پاسخ استاتيكي و ديناميكي سازههاي مركب دوپايا انجام شده است با اين حال بهدليل محدوديتهاي سازههاي مركب دوپايا مانند متأثر بودن از رطوبت و دما سفتي و ظرفيت تحمل بار كم تغيير راستاي انحناي اصلي هنگام پرش ناگهاني و كم بودن ميزان جابهجايي خارج از صفحه همچنان مشكالت زيادي در كاربرد عملي اين سازهها مشاهده ميشود بهمنظور حذف و يا كاهش مشكالت اشاره شده ورقهاي مركب دوپاياي هيبريدي بهعنوان جايگزين ورقهاي مركب دوپاياي معمول در سازههاي مورفينگ پيشنهاد شدهاند با توجه به توضيحات باال در بخش ابتدايي اين رساله رفتار استاتيكي و ديناميكي ورقهاي مركب دوپاياي معمول با چينش 2n 32n T و هيبريدي متشكل از يك اليهي فلزي دروني با چينش 32n T فلز 2n بهصورت نظري و تجربي مطالعه و با يكديگر مقايسه شده است در روش نظري با استفاده از اصل كمينهسازي انرژي پتانسيل كل و روش ريلي ريتز معادالت غيرخطي استاتيكي بهدست آمده و حالتهاي پايدار انحناها جابهجايي خارج از صفحهي ورق و نيروي الزم جهت پرش ناگهاني بين حالتهاي پايدار مطالعه شده است نتايج نشان ميدهد كه اضافه نمودن يك اليهي فلزي دروني به يك ورق مركب دوپايا منجر به افزايش انحناهاي اصلي و ظرفيت تحمل بار بهترتيب تا 0 و 5 برابر يك ورق مركب دوپاياي معمولي با ضخامت مشابه ميشود معادالت ديفرانسيل غيرخطي حاكم بر رفتار ديناميكي ورق نيز با استفاده از اصل هاميلتون استخراج شده و فركانس طبيعي و پاسخ ديناميكي ورق تحت اثر تحريك پايه در نرمافزار متلب بهدست آمده است بهمنظور اعتبارسنجي نتايج حاصل از روش نظري چندين نمونه ورق مركب دوپاياي معمولي و هيبريدي متشكل از اليهي فلزي دروني ساخته و آزمايشهاي عملي متعددي نيز براي اندازهگيري جابهجايي خارج از صفحه انحناي اصلي نيروي پرش ناگهاني نسبت ميرايي فركانس طبيعي اول و شكل مود متناظر با آن پاسخ ارتعاشي و دامنهي تحريك بحراني بر حسب فركانس تحريك در ارتعاشات تحريك پايه انجام شده است در بخش ديگري از رساله چينش جديدي از ورقهاي مركب دوپاياي هيبريدي متشكل از نوارهاي فلزي در اليهي مياني معرفي و اثر پارامترهاي مختلف مانند خواص مكانيكي ضريب انبساط گرمايي و مدول كشساني عرض ضخامت و تعداد نوارهاي فلزي و همچنين طول ضلع و ضخامت كلي ورق بر انحناها بيشينهي جابهجايي خارج از صفحه و نيروي استاتيكي الزم جهت پرش ناگهاني در نرمافزار اجزاي محدود آباكوس مطالعه و با انجام آزمايشهاي تجربي صحتسنجي شده است نتايج نشان ميدهد چينش معرفي شده در مقايسه با ساير سازههاي دوپايا انعطافپذيري بيشتري در طراحي دارند ساخت چندين نمونهي ورق مركب دوپاياي هيبريدي متشكل از نوارهاي فلزي در اليهي مياني از ديگر جنبههاي نوآوري اين رساله ميباشد واژگان كليدي ورق مركب دوپاياي هيبريدي بارگذاري مكانيكي گرمايي رفتار ارتعاشي رفتار استاتيكي اصل هاميلتون روش اجزاي محدود
چكيده انگليسي :
Experimental and Numerical Study of Static and Dynamic Behavior of a Bi Stable Hybrid Composite Laminate Ahmad Firouzian Nejad Email a firouzian@me iut ac ir Date of submission September 11 2019 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree Ph D Language FarsiSupervisor Mostafa Ghayour ghayour@cc iut ac ir Saeed Ziaei Rad szrad@cc iut ac irAbstractIn the recent years morphing or shape adaptive structures increasingly being considered as a solution for betterperformance of aircraft These structures change their shape and operating characteristics as a response tochanges in the environmental and load conditions Current designs used in morphing structures consist ofcomplex assemblies of rigid bodies hinged to the main structure and several actuators To improve morphingstructures bi stable composite structures could provide an interesting alternative to traditional designs thanksto their high strength to weight ratio and multiple equilibrium configurations that can be maintained withoutthe need for continuous energy supply In this regard many studies have been done on the static and dynamicresponse of bi stable composite structures However hygrothermal variability with environmental conditions low stiffness low snap through load and restrictive configurations of bi stable composite laminates limit theirapplication To address some of these limitations bi stable hybrid composite laminates are proposed as asuitable alternative for the conventional bi stable composite structures According to the above explanations in the first part of this thesis the static and dynamic responses of bi stable hybrid composite laminates BHCLs with an inner isotropic metal layer 0n Metal 90n T are scrutinized analytically and experimentally and theirbehavior are compared to bi stable pure composite laminates BPCLs including 0n 90n T In the analyticalmethod the nonlinear static equations are extracted using the principle of minimizing the total potential energyand the Rayleigh Ritz method The stable configurations out of plane displacement and static snap throughload are investigated The results show that adding an inner metal layer to BPCLs has the potential to increasethe curvature and static load carrying capability up to two and five times respectively when compared to aBPCLs with the same thickness The analytical method are developed based on Hamilton s principle to extractthe nonlinear differential dynamic equations and investigate the natural frequency and dynamic response underbase excitation In order to validate the analytical results several BPCLs and BHCLs are fabricated and furtherexperimental analysis are performed to characterize the major curvatures out of plane displacement snap through load damping viscous ratio the first natural frequency and corresponding mode shape dynamicresponse under base excitation and critical base excitation that causes the snapping between the two differentstable shapes In another part of the thesis a new category of BHCLs that contains multiple metal strips in themiddle layer are introduced The laminates are simulated using finite element analysis The effect of thenumber width thickness and mechanical properties thermal expansion coefficient and Young s modulus ofthe metal strips on the static characteristics of the laminate are numerically investigated in ABAQUS andexperimentally validated The results show that the new category of BHCLs will give designers the moreflexibility to tune the parameters for a desired application Fabrication of several BHCLs with metal strips inthe middle layer is another innovation of this thesis Keywords Bi stable hybrid composite laminate thermal and mechanical loading vibration response staticresponse Hamilton principle finite element methods
استاد راهنما :
مصطفي غيور، سعيد ضيايي راد
استاد مشاور :
رضا تيكني، سمير مصطفي
استاد داور :
مهدي كاروان، مهدي سلماني تهراني، علي لقماني، محمد شرعيات
