بررسي رفتار خمشي تير كامپوزيتي از جنس پليمر حافظه دار با بدنه موج دار

Investigation on bending behavior of shape memory polymeric composite beam with a corrugated skin

در اين مقاله، رفتار خمشي يك تير كامپوزيتي متشكل از يك بخش موج‌ داركه حفره‌هاي آن با ماده پليمري حافظه‌دار پر شده است، مورد بررسي قرار گرفته است. تير موردنظر يك تير ساندويچي از جنس پليمر حافظه‌دار است كه بدنه‌اي موج‌دار از جنس پليمري دارد. اين تير در سنسورها و فعال‌كننده‌ها كاربرد فراواني دارد. از آنجايي كه در پروفيل‌هاي موج‌دار نسبت استحكام به وزن در راستاي عمود به موج بيشتر است، لذا تيرهايي كه بخش موج‌دار در راستاي عرضي تير قرار دارد، نسبت به تيرهايي كه بخش موج‌دار در راستاي طولي است، مستحكم‌تر هستند. با استفاده از مدل ساختاري ارائه شده توسط چن ولاگوداس براي مواد پليمري حافظه‌دار و همچنين باكمك تئوري تير اويلر- برنولي، رفتار تير كامپوزيتي بررسي شده است. به دليل اينكه مدل ساختاري استفاده شده به فرم انتگرالي است، از روش تفاضلات محدود براي جداسازي معادلات استفاده شده است. با استفاده از يك نرم‌ افزار المان محدود نيز نتايج تحليل خمشي تير بدست آمده است وبا نتايج روش تفاضلات محدود مقايسه گرديده است. نتايج نشانگر دقت بالاي روش تفاضلات محدود در حل اين مسئله است. نتايج تحليل خمشي تير با هسته موج‌دار داراي شكل‌هاي مثلثي، سينوسي و ذوزنقه‌اي بدست آورده و بايكديگر مقايسه شده‌اند. نتايج نمايانگر آن است كه توانايي حمل بار در تير كامپوزيتي در مقايسه با تير پليمري خالص افزايش يافته است. توانايي تحمل بار بيشتر، با اندكي كاهش در تثبيت شكل تير بدست مي‌آيد. در نهايت، شرايط مربوط به چرخه بازيابي تنش مقيد نيز برروي تير كامپوزيتي اعمال و نتايج مربوط به اين چرخه نيز بدست آمده‌اند.

In this paper, a sandwich beam of a SMP material which have a corrugated core is studied. The corrugated core is from a polymeric material. Structures with corrugated profiles show higher stiffness-to-mass ratio in the transverse to corrugation direction compared to flat structures. As a result, the beam with corrugation along the transverse direction is stiffer than the one with corrugation along the beam length. The flexural behavior of the composite corrugated beam is studied employing a developed constitutive model for SMP and the Euler-Bernoulli beam theory. The constitutive model utilized is in integral form and is discretized employing finite difference scheme. To verify the results of the Euler-Bernoulli beam theory and finite difference method, finite element models of different corrugated sections have been simulated in a 3D finite element program. The results demonstrate that the developed model for the composite beam presented in this study predicts the behavior of the beam successfully. The sandwich beam with different corrugated cores (triangular, sinusoidal and trapezoidal shapes) are compared with each other. Also, results show that the shape fixity is decreased a little, like any other reinforcing method. This decrease in shape fixity results in increase of load capacity in composite beams. The stress-free strain recovery and constrained stress-recovery cycles are both studied.