مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل استاتیک تیر قوطی کامپوزیت با استفاده از روش کاهش ابعاد

نویسندگان
1 دانشجو
2 عضوهیات علمی گروه مهندسی مکانیک دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
در این مقاله تحلیل استاتیک تیرهای کامپوزیتی با چیدمان و سطح مقطع دلخواه ارائه شده است. شیوه حل بر پایه تفکیک مسئله الاستیسیته غیرخطی سه‌بعدی، به حل دو-بعدی سطح مقطع و یک‌بعدی در طول تیر می‌باشد. مدل‌سازی بیان شده به کمک فرضیات کوچک بودن کرنش‌ها نسبت به واحد و ابعاد مقطع نسبت به طول موج تغییر شکل انجام می‌شود. در تحلیل دوبعدی سطح مقطع توابع اعوجاج به صورت تابعی از کرنش‌های یک‌بعدی محاسبه و سپس ماتریس سفتی‌، دارای کوپل کامل از تغییر شکل‌های کششی، پیچشی و خمشی در دو جهت متعامد حاصل می‌شود. در این تحقیق از روش ریلی-ریتز جهت محاسبه توابع اعوجاج استفاده می‌شود. مزیت استفاده از ریلی-ریتز ساده‌سازی روند حل سطح مقطع در مقایسه با حل المان‌محدود مورد استفاده در روش‌های مشابه می‌باشد. تحلیل یک‌بعدی در طول تیر با روش المان‌محدود از طریق محاسبه انرژی کرنشی تیر انجام گرفته است. اثر تغییر زاویه چیدمان مقطع کامپوزیت بر سفتی‌های مختلف بررسی شده است. مقایسه نتایج تحلیل استاتیک تیر قوطی (box beam) یکسرگیردار کامپوزیتی متقارن و نامتقارن با نتایج المان‌محدود سه‌بعدی در نرم‌افزار آباکوس (Abaqus) و نتایج تجربی همگرایی مناسبی نشان می‌دهد. روش پیش‌رو، نتایج با دقت بالاتری برای مقطع نامتقارن ارائه می‌دهد. با توجه به هزینه بالای تحلیل المان‌محدود سه‌بعدی، روش حاضر با سرعت بالا و دقت قابل قبول، مناسب جهت تحلیل اولیه و بهینه‌سازی سازه‌های تیرشکل کامپوزیت می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Static analysis of composite box beams by dimensional reduction method

نویسندگان English

Esmaeel Ghafari 1
Jalil Rezaeepazhand 2
چکیده English

This paper presents prediction of static behavior of composite beams with arbitrary anisotropic materials. The procedure is based on decomposing a 3-D nonlinear elasticity problem into a 2-D analysis of cross section and a 1-D analysis across the beam length. This is accomplished by assuming that magnitude of strain is small compared to unity and cross section size is small relative to wave length of deformation, inherent to beam-like structures. In 2-D cross sectional analysis warping functions are calculated in terms of 1-D strain parameters and finally, fully coupled classical stiffness constants are derived which include extension, torsion and bending in two directions. 1-D analysis is modeled by Finite Element Method through calculating beam strain energy. In this article warpings are derived using Rayleigh-Ritz method. The great advantage of using Rayleigh-Ritz is simplifying cross sectional analysis in contrast with the mesh generation in FEM of similar procedures. Different cross section stiffnesses are investigated for ply orientation angle. Calculated results for symmetric and anti-symmetric composite box beams correlate well with 3-D FEM using Abaqus software as well as experimental results. The present solution has more accurate results for anti-symmetric composite box beam. According to costly use of 3-D FEM analysis, the present procedure with high speed and acceptable accuracy, is truly sufficient for preliminary and optimization problems.

کلیدواژه‌ها English

Composite beam
Warping Function
Rayleigh-Ritz method
finite element method