بررسي تجربي و عددي پارامترهاي موثر بر رفتار ارتعاشي پوسته هاي ساده و مشبك استوانه اي كامپوزيتي

Experimental and numerical investigation of the effective parameters on vibrational behavior of unstiffened and stiffened composite cylindrical shells

با توجه به كاربرد فراوان پوسته­ هاي ساده و مشبك كامپوزيتي در صنايع مختلف بررسي رفتار ارتعاشي آنها از اهميت ويژه­اي برخوردار است. در اين پژوهش، اثر پارامترهاي مختلف بر ارتعاشات اين پوست ه­ها به صورت تجربي و عددي مطالعه شده است. براي انجام آناليز مودال نمونه­ ها به روش رشته­پيچي الياف ساخته شده است. خواص مكانيكي الياف و زمينه و نيز درصد حجمي الياف به كار رفته در پوسته و ريب طبق تست هاي استاندارد تعيين شده و نهايتاً خواص مكانيكي هر يك از اجزا به كمك روابط ميكرومكانيك محاسبه شده است. از اين خواص براي مدل‌سازي دقيق مسئله در نرم‌افزار المان محدود ABAQUS استفاده شده است. نتايج به دست آمده از مدل عددي به كمك نتايج تست تجربي اعتبارسنجي شده است. در نهايت با استفاده از اين مدل اثر پارامترهاي موثر بر ارتعاشات پوسته ­هاي كامپوزيتي مطالعه شده است. نتايج به دست آمده نشان مي ­دهد كه افزودن تقويت­كننده الزاماً فركانس طبيعي پوسته را افزايش نمي ­دهد. از نقطه نظر ارتعاشاتي، شبكه ­بندي­ محيطي، كاگوم و مثلثي شرايط نسبتاً مشابهي دارند كه با توجه به سهولت ساخت رينگ­ هاي محيطي، اين نوع شبكه­ بندي بر سايرين ارجحيت دارد.

Due to the widespread use of unstiffened and stiffened composite shells in different industries, investigating their vibrational behavior has great importance. In this paper, the effects of different parameters on the vibration of these shells are studied using experimental and numerical analysis. Specimens used for modal analysis are fabricated by filament winding machine. The mechanical properties of fibers and resin matrix are determined based on the standard tests as the fiber volume fraction in the shell and the stiffeners. Finally, the mechanical properties are calculated using micromechanical relations. These properties are used for finite element modeling by ABAQUS package. FE results are validated in comparison with empirical tests. Finally, the effects of different parameters on the vibrational behavior of composite shells are studied using this FE model. The results show that using the stiffeners does not necessarily increase the natural frequencies of the shell. From the vibrational point of view, the results of the stiffened shell with circumferential rings, kagome grid, and triangle grid are similar. So, considering the manufacturing procedure, stiffening the shell with circumferential rings is preferred.