ماتریس‌های سفتی و ناهمسانگردی در ورق‌های کامپوزیتی موج‌دار با هندسه ذوزنقه‌ای

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده فنی و مهندسی، دانشکده مهندسی مکانیک، صندوق پستی ۱۴۳-۱۴۱۱۵

2 تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، صندوق پستی ۴۶۱-۱۵۶۵۵

چکیده

در کاربردهایی مانند فناوری مورفینگ، دارا بودن مقدار تغییر شکل و ناهمسانگردی زیاد یکی از ملزومات و مزایای بسیار کاربردی است. ورق­‌های موج­دار به دلیل داشتن هندسه مواج­ پتانسیل تغییرشکل زیاد را در اثر اعمال نیروی کششی دارند. در این پژوهش، برای بررسی مقدار تغییرشکل نهایی و ناهمسانگردی در ورق­‌های کامپوزیتی موج‌­دار نمونه­‌هایی از جنس شیشه - اپوکسی با هندسه­ ذوزنقه­‌ای ساخته شدند و در آزمون کشش و خمش در راستای طولی و عرضی موج قرار گرفتند. برای بررسی ناهمسانگردی در نمونه‌­های موج­‌دار، دو مفهوم بدون بعد ناهمسانگردی کششی و خمشی تعریف شد و براساس آن ناهمسانگردی به‌طور نظری و تجربی بررسی شد. همچنین، رفتار مکانیکی شامل ثابت‌­های کشسان و ماتریس­‌های سفتی مربوط به ورق­‌های کامپوزیتی با هندسه ذوزنقه‌­ای به‌طور نظری، با روش اجزای محدود و تجربی بررسی شد. نخست، سفتی­‌های کششی و خمشی مؤثر در ورق­‌های موج‌­دار ذوزنقه­‌ای استخراج شد و مدلی ساده برای پیش­‌بینی رفتار مکانیکی این نوع ورق‌­ها ارائه شد. سپس با استفاده از آنها ماتریس­‌های سفتی کششی و خمشی این ورق­‌ها استخراج شد. در ادامه نتایج به‌ دست آمده از حل عددی و تحلیلی با نتایج حاصل از آزمون‌های تجربی روی ورق­‌های کامپوزیتی مقایسه شد. پس از آن منحنی‌های نیرو- جابه‌جایی و همچنین مقدار تغییرشکل نهایی و ناهمسانگردی در نمونه‌­های کامپوزیتی موج‌­دار به‌طور تجربی بررسی شد. نتایج نشان می­‌دهد، یکی از عوامل مهم (به نوعی مهم‌ترین عامل) در مقدار تغییرشکل نهایی، دامنه ورق است. به‌طور کلی با افزایش دامنه و تعداد اجزا در واحد طول، مقدار تغییرشکل نهایی افزایش می‌­یابد، ولی با افزایش گام مقدار آن کاهش می‌­یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Stiffness Matrices and Anisotropy in the Trapezoidal Corrugated Composite Sheets

نویسندگان [English]

  • Mohammad Golzar 1
  • Pouyan Ghabezi 2
1 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering and Technology, Tarbiat Modares University, P.O. Box: 14115-143, Tehran, Iran
2 Young Researchers and Elites Club, Science and Research Branch, Islamic Azad University, P.O. Box: 15655-461, Tehran, Iran
چکیده [English]

In the some applications like as morphing technology, high strain and anisotropic behavior are essential design requirements. The corrugated composite sheets due to their special geometries have potential to high deflection under axial loading through longitudinal direction of corrugation. In this research, the strain and the anisotropic behavior of corrugated composite sheets are investigated by fabricating glass/epoxy samples with trapezoidal geometries. For evaluation of the mechanical behavior of the composites the samples were subjected to tension and flexural tests in the longitudinal and transverse directions of corrugation. In order to determine anisotropic behavior of the corrugated sheets, two approaches were introduced: (1) tensile anisotropic (E*) and (2) flexural anisotropic (D*). The anisotropic behavior and ultimate deflections were investigated theoretically and experimentally. In this paper, mechanical behaviors based on theoretical and experimental analysis including the elastic constants and stiffness matrices of trapezoidal corrugated composite sheets were studied and the results were verified by finite element method. The results of the numerical and analytical solutions were compared with those of experimental tests. Finally, the load-displacement curves of tensile tests in longitudinal direction of corrugation, the ultimate deflection and anisotropy behavior of these exclusive composite sheets in the corrugated composite sheets were studied experimentally. The experimental results of the trapezoidal corrugated sheets showed that one of the most important parameters in the ultimate strain was amplitude of the corrugation elements. Generally, increasing the amplitude and element per length unit of trapezoidal corrugated specimen led to higher ultimate strain.

کلیدواژه‌ها [English]

  • elastic constants
  • flexural and tensile stiffness
  • composite
  • trapezoidal corrugated sheets
  • anisotropy