بررسي تاثير ضخامت و اغتشاشات هندسي اوليه پوسته‌هاي جدار نازك كامپوزيتي در وقوع پديده كمانش تحت فشار محوري

Study of The effect of thickness and initial geometric imperfection of cylindrical composite shell on the buckling behavior in axial pressure

امروزه پوسته‌هاي كامپوزيتي بطور گسترده‌اي در صنايع مختلف، جهت افزايش ميزان كارايي سازه‌ها، مورد استفاده قرار مي‌گيرند. تجربه نشان داده است، زمانيكه پوسته‌ها تحت بارگذاري فشاري باشند، پديده كمانش مهمترين عامل وقوع شكست در سازه خواهد بود. بنابراين هدف اصلي اين پژوهش، مطالعه بر-روي رفتاركمانشي پوسته‌هاي كامپوزيتي و عوامل تاثيرگذار در وقوع كمانش مي‌باشد. به اين منظور، از فر]يند شبيه‌سازي المان‌محدود توسط نرم‌افزار آباكوس استفاده شده است. در ابتدا، تخمين نيروي كمانش براي يك نمونه آزمايشگاهي با استفاده از سه تحليل كمانش خطي، استاتيك غيرخطي و ديناميكي صورت گرفته و با نتايج آزمايشگاهي مقايسه شده است. نتايج نشان داد كه تحليل‌هاي ديناميكي و استاتيك غيرخطي، با دقت نسبتا خوبي، حدود 3 تا 7%، قادر به تخمين نيروي كمانش واقعي بوده‌اند. پس از صحت‌سنجي، نمونه‌هايي با اغتشاشات هندسي و ضخامت‌هاي مختلف مورد بررسي قرار گرفته و نيروي كمانش با استفاده از تحليل‌هاي كمانش خطي و استاتيك غيرخطي اندازه‌گيري شد. نتايج نشان داد كه وجود اغتشاشات هندسي هر چند ناچيز، خصوصا براي پوسته‌هاي با ضخامت كم، مي‌تواند بشدت مقدار نيروي كمانش واقعي در پوسته را كاهش دهد. در نتيجه حساسيت بسيار بالاي پوسته كامپوزيتي به اغتشاشات هندسي، سبب خواهد شد تا در صورت عدم شناخت كافي از ميزان اغتشاشات هندسي، فرايند تخمين نيروي كمانش غيرقابل‌اعتماد باشد.

Today, composite cylindrical shells extensively, have been used in aerospace to increase the performance of the structures. Experience has shown that, when the shells are under compressive loading, Buckling phenomenon will be the most important factor in structural failure. Therefore, the main objective of this research was to study the buckling behavior of composite shells and effective parameters in occurrence of buckling. For this purpose, the finite element simulation by ABAQUS software has been used. First, the estimation of the buckling force for an experimental specimen occurred by using three analyses, including: linear buckle, nonlinear static and dynamic, to compare with experimental findings. Results indicated that the nonlinear static and dynamic analysis, were able to estimate the actual buckling force. The estimation accuracy with respect to the experiment results is about 3~7 percent. After validation process, specimens with different thickness and initial geometric imperfections have been studied and buckling force was measured by using linear buckling and nonlinear static analysis. Finding showed that even slight geometric imperfections, especially for low thickness of shell, could extremely reduced the real buckling force. As a result, high sensitivity of composite shells to initial geometric imperfections, will lead to an unreliable estimation of the buckling force, if there is not enough knowledge of these geometrical imperfections.