تحليل ارتعاشات آزاد پوسته استوانه‌اي FML طراحي شده بر اساس زواياي بهينه فيبرهاي تقويت كننده

Free vibration analysis of designed FML circular cylindrical shell based on optimum fiber orientation

يكي از معايب پوسته‌هاي كامپوزيتي اين است كه تحت بارهاي ديناميكي دچار تغيير شكل‌هاي بزرگ مي‌گردند و اين امر منجر به كاهش محسوس استحكام اين پوسته‌ها مي‌گردد. يكي از راه‌هاي كاهش اين اثرات منفي استفاده از پوسته‌هاي كامپوزيتي فلز و الياف است كه به اختصار FML ناميده مي‌شوند. براي كاهش هر چه بيشتر تاثير منفي بارهاي ديناميكي بر استحكام پوسته‌هاي FML، در اين پژوهش زواياي بهينه قرارگيري فيبرهاي تقويت‌كننده لايه‌هاي كامپوزيتي پوسته‌هاي FML با هدف دستيابي به بيشترين استحكام ممكن براي پوسته، مشخص گرديده‌اند. به اين منظور در ابتدا پوسته تحت بار استاتيكي عرضي قرار گرفته و با استفاده از نرم‌افزار آباكوس، تحليل تنش براي تمامي وضعيت‌هاي زواياي قرارگيري فيبرها انجام گرفته و با استخراج تنش‌هاي ايجاد شده در تمامي لايه‌ها و استفاده از نرم‌افزار متلب زاويه قرارگيري بهينه فيبرهاي تقويت‌كننده كه منجر به بيشترين استحكام ممكن براي پوسته مورد بررسي گرديده‌اند بر اساس معيار شكست تنش ماكزيمم مشخص شده‌ است. سپس به منظور تعيين كارايي و صحت طراحي انجام شده، تحليل ارتعاشات آزاد ساختارهاي طراحي شده انجام گرفته است. نتايج نشان مي‌دهد قرارگيري فيبرهاي تقويت-كننده با زواياي بهينه منجر به افزايش قابل ملاحظه‌اي در سختي پوسته‌هاي FML مي‌گردند. جهت استخراج معادلات حاكم از روش انرژي و تئوري مرتبه بالا و براي اجراء فرايند بهينه‌سازي از روش شمارش كامل كه منجر به جواب دقيق براي مساله مي‌گردد استفاده شده است.

The big deformation of composite structures under dynamic loads is one of the most disadvantages of these structures that cause to loss of stiffness of them. The using of fiber metal laminated shell that named FML in abbreviation is one of the ways to decrease the adverse effect of dynamic load. In this study the optimum fiber orientation of composite layers of the FML circular cylindrical shells are determined to more decrease the adverse effect of dynamic loads. For this purpose the fiber orientation of composite layers of the FML circular cylindrical shells are changed frequently and each cases being subjected to axial compressive load and with use of ABAQUS program the tension of all composite layers are calculated for all cases. Then with use of MATLAB program the fiber orientation that cause to maximum stiffness based on maximum tension fracture criterion is selected. The free vibration analysis is used for determination the accuracy and performance of design process. The results of free vibration analyses show that determination of the optimum fiber orientation cause to improvement of the FML shell natural frequency. Energy method and high order shear deformation theory is used to define the equation of motion. Full Calculus method is used for optimization in order to apply the exact result