بررسي المان محدود كمانش پوسته كروي ساندويچي نسبتاً ضخيم با هسته مشبك و لايه‌هاي تقويت شده با سيم‌هاي حافظه‌دار شكلي

Buckling Finite Element Analysis of Moderately Thick Spherical Sandwich Panel with Grid Stiffened Core and SMA Reinforced Layers

در تحقيق حاضر، براي اولين بار رفتار كمانش پوسته‌هاي ساندويچي كروي نسبتاً ضخيم داراي هسته مشبك و رويه‌هاي تقويت شده با سيم‌هاي حافظه‌دار شكلي (SMA) مطالعه شده است. هسته پوسته به صورت مشبك و سلول‌هاي آن به صورت چهار ضلعي بوده و رويه‌هاي پوسته توسط سيم‌هاي SMA با توزيع يكنواخت و تك‌جهته تقويت شده است. جهت انجام شبيه‌سازي‌ها از روش المان محدود و نرم افزار ABAQUS استفاده شده است. رفتار سوپرالاستيك SMA با استفاده از مدل Brinson تعريف شده و تبديلات فازي به كمك زيربرنامه UMAT در نرم‌افزار آباكوس اعمال شده است. پس از انجام شبيه‌سازي و استخراج نتايج، تأثير پارامترهاي هندسي و مكانيكي مؤثر مانند شعاع انحناي پوسته، كسر حجمي سيم‌هاي SMA و ميزان پيش‌تنيدگي آنها بر بارهاي كمانش پوسته بررسي شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه سيم‌هاي SMA باعث ايجاد تنش‌هاي بازيافتي شده كه به صورت نيروي كششي بر لايه‌هاي بالايي پوسته اعمال مي‌شود. اين ويژگي باعث افزايش سفتي پوسته و در نتيجه بيشتر شدن بار كمانش مي‌شود. افزايش كسر حجمي سيم هاي SMA از 0 تا 0.6 درصد بازاي α برابر با 0.1 ، باعث افزايش 325 درصدي در بار كمانش مي گردد. علاوه بر اين بار كمانش واحد حجم پوسته داراي هسته مشبك و بدون هسته مشبك به ترتيب برابر 0.71 و 0.79 به دست مي‌آيد كه نشان مي‌دهد وجود هسته مشبك باعث افزايش 11 درصدي در بار كمانش ويژه مي‌شود. اين افزايش در كنار كاهش وزن سازه باعث آشكار شدن اهميت استفاده از سازه‌هاي ساندويچي با هسته مشبك مي‌شود.

In the present study, the buckling behavior of moderately thick spherical sandwich panels with grid stiffened core and shape-memory wires (SMA) reinforced layer is studied for the first time. The core of the panel is a grid structure and its cells are tetrahedral, and the outer layers are reinforced by SMA wires with a uniform, one-way distribution. The finite element method is used to perform the simulations. The Brinson model is used for SMA super-elastic behavior definition and fuzzy transformations are applied using the UMAT subroutine in ABAQUS software. The effect of effective geometric and mechanical parameters such as the radius of curvature of the shell, the volume fraction of SMA wires, and their prestressing on the buckling loads of the shell are verified. The results show that SMA wires cause recycled stresses that are applied as a tensile force on the upper layers of the shell. This characteristic increases the stiffness of the shell and leads the buckling load growth. If α =0.1, Increasing the volume fraction of SMA wires from 0 to 0.6% leads to the buckling load growth by 325%. In addition, the buckling load per unit volume of the shell with grid core and without grid core is 0.71 and 0.79, respectively, which indicates that the presence of grid core increases the specific buckling load by 11%. This increase, along with the reduction in the weight of the structure, highlights the importance of using sandwich structures with grid cores