تحليل كمانش پوسته استوانه اي كامپوزيتي داراي گشودگي با استفاده از روش مربعات تفاضلي تعميم يافته

Buckling analysis of perforated composite cylindrical shell using Generalized Differential Quadrature Method (GDQM

در مقاله حاضر كمانش محوري پوسته هاي استوانه اي كامپوزيتي كامل و داراي گشودگي مستطيلي بر پايه تئوري برشي مرتبه اول بررسي شده است. معادلات در حالت كلي به صورتي نوشته شده كه قابل تبديل به هر يك از تئوري هاي دانل، لاو و يا ساندرز هستند. براي مطالعه پوسته داراي گشودگي فضاي حل مسئله به گونه اي المان بندي شده كه شرايط مرزي و بارگذاري در لبه هاي هر المان يكنواخت باشد. براي هر المان، معادلات حاكم به كمك روش مربعات تفاضلي تعميم يافته در راستاي طولي و محيطي گسسته شده و با مونتاژ اين معادلات يك دستگاه معادلات جبري تشكيل شده است. گسسته سازي شرايط مرزي در لبه هاي پوسته و لبه هاي گشودگي و شرايط سازگاري در مرز مشترك المان ها نيز به كمك همين روش انجام شده است. در نهايت، با استفاده از حل مقدار ويژه بار بحراني پوسته محاسبه شده است. براي صحه گذاري روش ارائه شده، نتايج حاصل از آن با نتايج موجود در مقالات و نيز نتايج نرم افزار المان محدود آباكوس مقايسه شده است. پس از اطمينان از كارايي روش حاضر، از آن براي بررسي اثر پارامترهاي مختلف در كمانش پوسته هاي كامل و داراي گشودگي استفاده شده است. اين بررسي ها نشان مي دهد كه لايه چيني پوسته تاثير بسزاي بر بار كمانش پوسته هاي كامل و داراي گشودگي دارد. ضمن اينكه تاثير افزايش اندازه گشودگي براي لايه چيني هاي مختلف يكسان نيست. اما، براي يك لايه چيني يكسان، رفتار پوسته ها در برابر تغيير اندازه گشودگي مستقل از جنس است. علاوه بر اين نتايج نشان داد كه پوسته داراي گشودگي مربعي بار بحراني بيشتري نسبت به پوسته با گشودگي مستطيلي هم مساحت دارد.

In this paper, axial buckling of a composite cylindrical shell with and without a rectangular cutout is studied based on the first-order shear deformation theory. The equations are derived in a general form and can be converted to Donnell`s, Love`s, and Sanders` theories. To investigate the perforated shell, a physical domain is decomposed into several elements with uniform boundary and loading conditions in each element edges. In each element, the governing equations are discretized in both longitudinal and circumferential directions by the use of generalized differential quadrature method (GDQM). By assembling these discretized relations, a system of algebraic equations is generated. The boundary conditions at the shell and cutout edges, and the compatibility conditions at the interface boundaries of adjacent elements are also discretized by GDQM. Finally, the buckling load is calculated by an eigenvalue solution. To validate the presented method, the results of GDQM are compared with the available ones in the literature and also with ABAQUS finite element model. Then a parametric analysis is performed to investigate the effects of different parameters on the buckling behavior of the shells with and without cutouts. This study illustrates that the shell layup has a great effect on the buckling load of a shell. In addition, the influence of increasing the cutout size is not identical for different layups. However, the buckling behavior is independent of the shell material. Moreover, it was concluded that the shell with a square cutout has higher critical load than the one with a rectangular opening.