رفتار مكانيكي ورق هاي كامپوزيتي موج دار با هندسه شبه سينوسي

Mechanical Behavior of Quasi-sinusoidal Corrugated Composite sheets

يك بال هواپيما نياز دارد، هم زمان در دو راستا رفتار مكانيكي متفاوتي داشته باشد، بال هواپيما در راستاي طولي براي تحمل بارهاي خمشي و آيروديناميكي بايد داراي سفتي زياد و در راستاي عرضي براي آساني تغيير شكل بايد داري سفتي كم باشد. پوسته هاي موج دار با توجه به هندسه خاص ، اين پتانسيل را دارند كه در كاربردهاي مزبور استفاده شوند، بنابراين در پژوهش حاضر، سفتي هاي موثر كششي و خمشي در دو راستاي طولي و عرضي در ورق هاي كامپوزيتي با هندسه شبه سينوسي به شكل اجزاي محدود (با استفاده از نرم افزار تجاري ABAQUS) و هم چنين با استفاده از معادله هاي نظري (نظريه ارايه شده توسط يوكوزوكي) بررسي شده است. مي توان با استفاده از انرژي كرنشي هر جز و استفاده از قضاياي اول و دوم كاستيگليانو و به كارگيري نظريه تيرهاي برنولي - اويلر تغيير شكل در راستاي طولي و عرضي هر جز را به دست آورد. همچنين، بر اساس آن سفتي هاي كششي و خمشي را (به ازاي واحد عرض) در دو راستاي طولي و عرضي ورق هاي موج دار را استخراج كرد. در انتها نتايج به دست آمده از حل اجزاي محدود و تحليلي با نتايج تجربي حاصل از آزمايش هاي كشش و خمش روي ورق هاي كامپوزيتي از جنس شيشه- اپوكسي و الياف بافته شده با هندسه شبه سينوسي، مقايسه شده است. با مقايسه اين نتايج مي توان گفت، معادله هاي نظري ارايه شده داراي خطاي قابل قبولي است و مي توان از آنها براي بررسي سفتي هاي موثر كششي و خمشي در راستاهاي مختلف در ورق هاي موج دار شبه سينوسي استفاده كرد. بررسي نتايج به دست آمده نشان مي دهد، ورق هاي كامپوزيتي موج دار رفتار مكانيكي با ناهمسانگردي زياد دارند، به طوري كه داراي سفتي معادل كششي و خمشي زياد در جهت عرضي موج هستند، در حالي كه اين ورق ها سفتي كششي و خمشي موثر بسيار كمي در راستاي موج دارند.

An aircraft wing needs to display different mechanical behavior in different directions. 1- stiffness in the spanwise (transverse to the corrugation) direction which enables the aerodynamic and inertial loads to be carried. 2- compliance in the chordwise (corrugation) direction which would allow shape changes and increases in surface area; whereas a corrugated sheet due to their special geometry has potential to use in morphing applications. Therefore, in this paper the mechanical behaviour of quasi-sinusoidal corrugated composites is studied by commercial FEM software ABAQUS and a simple analytical model which is used for the initial stiffness of the quasi-sinusoidal corrugated composites (Yokozeki model). The elongation and effective stiffness in longitudinal and transverse directions of quasi-sinusoidal corrugated skins and flat composites are calculated and compared together. Using first and second Castigliano’s theorem and Bernoulli-Euler beam theorem can be used to calculate the deflection and rotational angle of a beam (sheet). In this research, different dimensions of quasi-sinusoidal element for unidirectional and woven composites of E-glass/epoxy are investigated. FEM results and analytical model are compared together. Then, the analytical model is validated by experimental results of plain woven E-glass/epoxy composites. The results of FEM, experimental and analytical simulations show that how a corrugated composite can afford with certainty larger deformation than the flat composite in using this analytical model to predict the mechanical behavior of quasi-sinusoidal corrugated composites. It was found that the corrugated composites display extremely high anisotropic behavior and have high tensile and flexural stiffness in transverse direction while exhibiting low stiffness in longitudinal direction of corrugation.