Modares Mechanical Engineering
مهندسی مکانیک مدرس
Modares Mechanical Engineering
Engineering & Technology
http://mme.modares.ac.ir
1
admin
1027-5940
2476-6909
10.22034/mme
fa
jalali
1396
7
1
gregorian
2017
10
1
17
8
online
1
fulltext
fa
تحلیل اجزا محدود برای رفتار تیر پلیمری حافظه دار تیموشنکو
A finite element analysis for shape memory polymer Timoshenko beams
در این مقاله با استفاده از یک مدل ساختاری ترمومکانیکی برای پلیمرهای حافظهدار، یک المان تیر از جنس پلیمر حافظهدار با فرضیات سینماتیکی تیموشنکو ارائه شده است. نیاز به المان تیر تیموشنکو از آن جایی پررنگ تر میشود، که با توجه به سفتی نسبتا پایین پلیمرهای حافظهدار، بایستی از تیرهای نسبتا ضخیم در فرآیند طراحی این سازه های هوشمند بهره برد. در فرآیندهای طراحی و بهینه سازی این سازهها که نیازمند تعداد دفعات تحلیل متعدد میباشد، نمیتوان به تحلیلهای سهبعدی که به مقدار قابل توجهی زمان بر هستند تکیه کرد. به منظور صحهگذاری فرمولبندی استخراج شده، نتایج عددی این مدلسازی با نتایج مدلسازی سهبعدی اجزا محدود که توسط همین نویسندگان قبلا منتشر شده است، مقایسه شده و بر این اساس، اثر پارامترهای مختلف ماده و بارگذاری شامل کسر حجمی بخش سخت، تاثیر اعمال نیروی مکانیکی در مرحله گرم کردن و ضریب ویسکوزیته فاز لاستیکی و غیره بر روی رفتار ترمومکانیکی یک تیر I-شکل کوتاه مورد بررسی قرار گرفته است. به عنوان نمونه حداکثر خطای خیز تیر در یکی از مثالهای حل شده، برای تیر اویلر-برنولی 7.3 درصد و برای تیر تیموشنکو 1.5 درصد نسبت به حل سه بعدی میباشد. بدیهی است هر چه ضخامت تیر بیشتر و یا تیر کوتاهتر باشد، خطای تیر اویلر-برنولی بیشتر خواهد بود. المان تیر ارائه شده در این مقاله میتواند جایگزینی سریع و قابل اعتماد برای مدلسازیهای سهبعدی با هزینه محاسباتی و پیچیدگی زیاد، به منظور شبیهسازی سازههای تقویت شده با پلیمرهای حافظهدار و همچنین بررسی اثر تغییر پارامترهای هندسی و مادی این سازهها، باشد.
In this paper, employing a thermomechanical constitutive model for shape memory polymers (SMP), a beam element made of SMPs is presented based on the kinematic assumptions of Timoshenko beam theory. Considering the low stiffness of SMPs, the necessity for developing a Timoshenko beam element becomes more prominent. This is due to the fact that relatively thicker beams are required in the design procedure of smart structures. Furthermore, in the design and optimization process of these structures which involves a large number of simulations, we cannot rely only on the time consuming 3D finite element (FE) analyses. In order to properly validate the developed formulations, the numeric results of the present work are compared with those of 3D finite element results of the same authors, previously available in the literature. The parametric study on the material parameters e.g., hard segment volume fraction, viscosity coefficient of different phases, and the external force applied on the structure (during the recovery stage) are conducted on the thermomechanical response of a short I-shape SMP beam. For instance, the maximum beam deflection error in one of the studied examples for the Euler-Bernoulli beam theory is 7.3%, while for the Timoshenko beam theory, is 1.5% with respect to the 3D FE solution. It is noted that for thicker or shorter beams, the error of the Euler-Bernoulli beam theory even more increases. The proposed beam element in this work, could be a fast and reliable tool for modeling 3D computationally expensive simulations.
پلیمر حافظهدار,تیر تیموشنکو,المان محدود
Shape memory polymer,Timoshenko Beam,finite element method
351
359
http://mme.modares.ac.ir/browse.php?a_code=A-15-11202-2&slc_lang=fa&sid=15
Amir Hossein
Eskandari
امیر حسین
اسکندری
100319475328460069030
100319475328460069030
No
Department of Mechanics, University of Tehran
دانشکده مکانیک دانشگاه تهران
Mostafa
Baghani
مصطفی
باغانی
100319475328460069029
100319475328460069029
Yes
School of mechanical engineering, University of Tehran
دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران
Majid
Baniassadi
مجید
بنی اسدی
100319475328460069028
100319475328460069028
No
University of Tehran
دانشگاه تهران