مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل کمانش و پس کمانش صفحات کامپوزیتی دارای لایه های پیزوالکتریک با استفاده از تئوری لایه ای

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران
2 دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
چکیده
در این مطالعه، رفتار کمانش و پس کمانش صفحات کامپوزیتی دارای لایه های پیزوالکتریک تحت بارگذاری درون صفحه ای فشاری مورد بررسی قرار گرفته است. تاثیر میدان کوپل الکتریکی-مکانیکی بر روی رفتار پس کمانش و نقطه دوشاخگی در صفحات با لایه چینی عمودی و عمومی با استفاده از تئوری لایه ای مطالعه شده است. تئوری لایه ای استفاده شده در این مطالعه برای تحلیل صفحات کامپوزیتی با لایه های پیزوالکتریک بر مبنای تئوری مرتبه اول برشی استخراج و از اصل کمینه انرژی پتانسیل به منظور بدست آوردن معادلات تعادل استفاده شده است. معادلات تعادل غیرخطی بدست آمده با استفاده از الگوریتم تکراری نیوتن-رافسون حل شده است. همچنین به منظور بررسی دقت جواب های بدست آمده از روش پیشنهادی، از نتایج تحلیل اجزاء محدود سه بعدی استفاده شده است. در نهایت نتایج بدست آمده حاکی از همخوانی خوبی با نتایج حاصل از روش اجزاء محدود می باشد. نتایج بدست آمده نشان داد که موقعیت لایه های پیزوالکتریک تاثیر بسزائی در رفتار کمانش و پس کمانش صفحات کامپوزیتی دارد. همچنین در تعداد درجه آزادی بکار رفته در روش پیشنهادی نسبت به روش اجزاء محدود کمتر است که هزینه زمان محاسباتی را کاهش می دهد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Buckling and Postbuckling Analysis of Composite Laminates with Piezoelectric layers using Layerwise Theory

نویسندگان English

Hamed Mahmoud Soltani 1
Mahsa Kharazi 1
Hamid Reza Ovesy 2
1 Ph.D. Student, Mechanical Engineering Department, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
2 Professor, Aerospace Engineering Department, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

In this study, the buckling and postbuckling behavior of composite laminates with piezoelectric layers subjected to compressive in-plane loading have been investigated. The effects of coupled electro-mechanical field on the postbuckling and bifurcation point in cross-ply and general lay-up sequences have been studied using layerwise theory (LWT). The LWT used in this study for analyzing the piezo-composite laminate is based on the assumptions of the first order shear deformation theory (FSDT). In order to obtain the equilibrium equations, the principle of minimum potential energy has been employed. The obtained nonlinear equilibrium equations have been solved using Newton-Raphson iterative algorithm. Furthermore, the three dimensional finite element analysis has been performed to examine the accuracy of the results obtained using the proposed method. The obtained analytical results are in good agreement with those achieved through the finite element analysis. Obtained results showed that, location of the piezoelectric layers have significant effect on the buckling and postbuckling behavior of the composite plates. Moreover, number of degrees of freedom which is used in proposed method are less than finite element method which, decreased the computational time cost.

کلیدواژه‌ها English

Buckling
postbuckling
Piezoelectric
Composite laminate
Layerwise Theory
[1] K. A. Stevens, R . Ricci, G. A. O. Davies, Buckling and postbuckling of composite structures. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol.26, No.3, pp.189-199, 1995.
[2] Y. H. Kim, A. K. Noor, Buckling and postbuckling of composite panels with cutouts subjected to combined loads. Finite Elements in Analysis and Design, Vol.22, No.2, pp. 163-185, 1996
[3] D. A. Saravanos, P. R. Heyliger, D. A. Hopkins, Layerwise mechanics and finite element for the dynamic analysis of piezoelectric composite plates. International Journal of Solids and Structures, Vol.34, No.3, pp. 359-378, 1997.
[4] H. S. Shen, Postbuckling of shear deformable laminated plates with piezoelectric actuators under complex loading conditions. International Journal of Solids and Structures, Vol.38, No.44–45, pp. 7703-7721, 2001.
[5] K. M. Liew, J. Yang, S. Kitipornchai, Postbuckling of piezoelectric FGM plates subject to thermo-electro-mechanical loading. International Journal of Solids and Structures, Vol.40, No.15, pp. 3869-3892, 2003.
[6] V. M. Franco Correia, C. M. Mota Soares, C. A. Mota Soares, Buckling optimization of composite laminated adaptive structures. Composite Structures, Vol.62, No.3-4, pp.315-321, 2003.
[7] D. Varelis, D. A. Saravanos, Coupled buckling and postbuckling analysis of active laminated piezoelectric composite plates. International Journal of Solids and Structures, Vol.41, No. 5–6, pp. 1519-1538, 2004.
[8] L. Ren, A theoretical study on shape control of arbitrary lay-up laminates using piezoelectric actuators. Composite Structures, Vol.83, No.1, pp. 110-118, 2008.
[9] M. Kharazi, H. R. Ovesy, M. Asghari Mooneghi, Buckling analysis of delaminated composite plates using a novel layerwise theory. Thin-Walled Structures, Vol.74, pp.246-254, 2014.
[10] E. Carrera, S. Brischetto, P. Nali, Plates and shells for smart structures: classical and advanced theories for modeling and analysis. First edition, pp.56-58, A John Wiley & Sons, Ltd., Publication, 2011.
[11] S.O. Reza. Moheimani, Andrew J. Fleming, Piezoelectric Transducers for Vibration Control and Damping. pp. 9-35, Springer-Verlag London Limited, 2006.