مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل استاتیک تیرکامپوزیتی با در نظر گرفتن اثرات برشی و استفاده از توابع چندجمله‌ای در روش کاهش ابعاد

نویسندگان
1 دانشگاه فردوسی مشهد
2 عضوهیات علمی گروه مهندسی مکانیک دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد
چکیده
در این مقاله، تحلیل استاتیک تیر کامپوزیتی با استفاده از روش کاهش ابعاد و در نظر گرفتن اثرات برش عرضی در مقطع تیر مطرح می‌شود. در روش کاهش ابعاد با صرف نظر از حل سه‌بعدی مسئله، مدل الاستیسیته سه‌بعدی تیر، به حل دو‌بعدی مقطع و یک‌بعدی در راستای محور طولی شکسته می‌شود. جهت ارائه روش حل مقطع به صورت تحلیلی، از توابع چندجمله‌ای و روش ریلی-ریتز استفاده می‌شود. جهت دستیابی به سفتی‌های مقطع شامل سفتی‌های برشی، در حل دو بعدی مقطع، روش مجانبی تغییرات مورد استفاده قرار گرفته است. در روش مجانبی تغییرات به کمک پارامترهای کوچک مسئله (ابعاد مقطع نسبت به طول)، تابعی انرژی کرنشی تیر به صورت گام به گام بر اساس مرتبه‌های مختلف از پارامترهای کوچک تیر و استفاده از تئوری تغییرات کمینه می‌شود. با کمینه‌سازی تابعی انرژی کرنشی تیر در حل مقطع، توابع مختلف اعوجاج داخل و خارج صفحه محاسبه می‌شود. محاسبه توابع اعوجاج مقطع و اثرات برشی در تیرهای کامپوزیتی بر خلاف بسیاری از تیرهای همسانگرد حائز اهمیت می‌باشد. در این مقاله با روش پیش‌رو تیرهای همسانگرد با هندسه‌های مختلف و تیرهای قوطی کامپوزیتی با چیدمان‌های متقارن و نامتقارن مورد بررسی قرار گرفته و نتایج ارائه شده با نتایج تئوری و تجربی سایر مقالات و المان‌محدود سه‌بعدی مورد مقایسه قرار گرفته است. با استفاده از روش کاهش ابعاد می‌توان با صرف هزینه محاسباتی و زمان بسیار کمتر از حل سه‌بعدی المان‌محدود و با دقت مناسب، به مدل‌سازی و بهینه‌سازی سازه‌هایی که به صورت تیر کامپوزیتی مدل می‌شوند، پرداخت.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Static analysis of composite beams with shear deformation effect using polynomials based dimensional reduction method

نویسندگان English

Esmaeel Ghafari 1
Jalil Rezaeepazhand 2
چکیده English

This paper, presents the static analysis of composite beams with transverse shear effects using polynomials based dimensional reduction method. In dimensional reduction method, a three dimensional elasticity problem is split into a two dimensional cross section analysis and a one dimensional beam analysis. FEM is commonly used to analyze beam cross section in the literature. In this study, polynomial functions and Rayleigh-Ritz method are used to present an analytical procedure for two dimensional cross section analysis. Variational Asymptotic Method (VAM) is employed considering shear stiffnesses of composite beam cross section. VAM, asymptotically generates fully coupled cross section stiffness matrix. VAM benefits small parameters, related to characteristic length of cross section, to find stationary values of beam energy functional. By minimizing the energy functional with respect to warpings, in and out of plane warping functions are acquired. In this article, isotropic beams with different cross section geometries and symmetric as well as anti-symmetric composite box beams are investigated. Presented results show appropriate correlation of the present study with theoretical and experimental results, as well as 3D Finite Element analysis. Using dimensional reduction method reduces the computing time and empowers researchers to design and optimize composite beam-like structures.

کلیدواژه‌ها English

Composite beam
Warping Function
Transverse Shear Effect
Rayleigh-Ritz method
finite element method