تحليل پس كمانش كامپوزيت هاي چندلايه داراي گشودگي به روش هاي تجربي، عددي و نوار محدود

Postbuckling Analysis of Laminated Composites with Cutout Using Experimental, Numerical, and Finite Strip Methods

طراحي بهينه چندلايه هاي حاوي گشودگي تحت فشار به منظور دست يابي به بيشترين مقاومت كمانشي در مقايسه با وزن سازه امري بسيار ضروري، خصوصا در سازه هاي هوايي است. در اين پژوهش رفتار كمانش و پس كمانش ورق چندلايه هاي كامپوزيتي با لايه چيني متعامد متقارن شامل گشودگي با قطرهاي مختلف به صورت تجربي، نيمه تحليلي و عددي بررسي شده است. براي بررسي نيمه-تحليلي كمانش ورق كامپوزيتي داراي گشودگي داخلي، يك روش نيمه انرژي نوار محدود توسعه داده شده است. جهت بررسي عددي نيز از روش اجزاء محدود استفاده شده است. پارامترهاي مادي لازم براي مدل سازي از آزمايشات استاندارد به دست آمده اند. نتايج حاصل از پژوهش جاري نشان مي دهند كه ابعاد گشودگي تاثير قابل ملاحظه اي بر ميزان سفتي صفحه ندارد ولي ميزان بار كمانش با افزايش اندازه گشودگي كاهش چشمگيري مي يابد. همچنين با افزايش تعداد لايه ها هم ميزان سفتي و هم ميزان بار كمانش افزايش قابل توجهي پيدا مي كند. در مقايسه بين دو پارامتر ياد شده، مشاهده مي شود كه تاثير افزايش تعداد لايه ها در مقايسه با قطر سوراخ تاثير بيشتري بر بار كمانش دارد. بررسي ها نشان مي دهد، مطابقت مناسبي بين نتايج رفتار كمانشي حاصل از روش هاي نيمه تحليلي و اجزا محدود با نتايج تجربي وجود دارد.

The optimal design of multilayer substrates containing the cutout under compression is very important to achieve maximum buckling resistance in comparison with structural weight, especially in aerospace structures. In this study, buckling and post-buckling behavior of composite laminated plates with orthogonal and symmetrical layup containing the cutout with different diameters has been investigated experimentally, semi-analytically, and numerically. To study the buckling of the composite plate with cutout semi-analytically, a finite strip method is developed. A finite element method was used for numerical analysis. The required material parameters for modeling were obtained from standard tests. The results of the current study show that the size of diameter of cutout does not have considerable effect on elastic rigidity of plate, but the buckling load significantly decreases by increasing cutout diameter. Also, buckling load and elastic rigidity of plate are considerably increased by increasing the number of composite layers. The thickness of plate has more effect on buckling load than the diameter of hole. Studies show that there is a good match between the results of buckling behavior derived from semi-analytical and finite element methods with experimental results.