ماتريس‌هاي سفتي و ناهمسانگردي در ورق‌هاي كامپوزيتي موج‌دار با هندسه ذوزنقه‌اي

Stiffness Matrices and Anisotropy in the Trapezoidal Corrugated Composite Sheets

در كاربردهايي مانند فناوري مورفينگ، دارا بودن مقدار تغيير شكل و ناهمسانگردي زياد يكي از ملزومات و مزاياي بسيار كاربردي است. ورق­‌هاي موج­دار به دليل داشتن هندسه مواج­ پتانسيل تغييرشكل زياد را در اثر اعمال نيروي كششي دارند. در اين پژوهش، براي بررسي مقدار تغييرشكل نهايي و ناهمسانگردي در ورق­‌هاي كامپوزيتي موج‌­دار نمونه­‌هايي از جنس شيشه - اپوكسي با هندسه­ ذوزنقه­‌اي ساخته شدند و در آزمون كشش و خمش در راستاي طولي و عرضي موج قرار گرفتند. براي بررسي ناهمسانگردي در نمونه‌­هاي موج­‌دار، دو مفهوم بدون بعد ناهمسانگردي كششي و خمشي تعريف شد و براساس آن ناهمسانگردي به‌طور نظري و تجربي بررسي شد. همچنين، رفتار مكانيكي شامل ثابت‌­هاي كشسان و ماتريس­‌هاي سفتي مربوط به ورق­‌هاي كامپوزيتي با هندسه ذوزنقه‌­اي به‌طور نظري، با روش اجزاي محدود و تجربي بررسي شد. نخست، سفتي­‌هاي كششي و خمشي موثر در ورق­‌هاي موج‌­دار ذوزنقه­‌اي استخراج شد و مدلي ساده براي پيش­‌بيني رفتار مكانيكي اين نوع ورق‌­ها ارايه شد. سپس با استفاده از آنها ماتريس­‌هاي سفتي كششي و خمشي اين ورق­‌ها استخراج شد. در ادامه نتايج به‌ دست آمده از حل عددي و تحليلي با نتايج حاصل از آزمون‌هاي تجربي روي ورق­‌هاي كامپوزيتي مقايسه شد. پس از آن منحني‌هاي نيرو- جابه‌جايي و همچنين مقدار تغييرشكل نهايي و ناهمسانگردي در نمونه‌­هاي كامپوزيتي موج‌­دار به‌طور تجربي بررسي شد. نتايج نشان مي­‌دهد، يكي از عوامل مهم (به نوعي مهم‌ترين عامل) در مقدار تغييرشكل نهايي، دامنه ورق است. به‌طور كلي با افزايش دامنه و تعداد اجزا در واحد طول، مقدار تغييرشكل نهايي افزايش مي‌­يابد، ولي با افزايش گام مقدار آن كاهش مي‌­يابد.

In the some applications like as morphing technology, high strain and anisotropic behavior are essential design requirements. The corrugated composite sheets due to their special geometries have potential to high deflection under axial loading through longitudinal direction of corrugation. In this research, the strain and the anisotropic behavior of corrugated composite sheets are investigated by fabricating glass/epoxy samples with trapezoidal geometries. For evaluation of the mechanical behavior of the composites the samples were subjected to tension and flexural tests in the longitudinal and transverse directions of corrugation. In order to determine anisotropic behavior of the corrugated sheets, two approaches were introduced: (1) tensile anisotropic (E*) and (2) flexural anisotropic (D*). The anisotropic behavior and ultimate deflections were investigated theoretically and experimentally. In this paper, mechanical behaviors based on theoretical and experimental analysis including the elastic constants and stiffness matrices of trapezoidal corrugated composite sheets were studied and the results were verified by finite element method. The results of the numerical and analytical solutions were compared with those of experimental tests. Finally, the load-displacement curves of tensile tests in longitudinal direction of corrugation, the ultimate deflection and anisotropy behavior of these exclusive composite sheets in the corrugated composite sheets were studied experimentally. The experimental results of the trapezoidal corrugated sheets showed that one of the most important parameters in the ultimate strain was amplitude of the corrugation elements. Generally, increasing the amplitude and element per length unit of trapezoidal corrugated specimen led to higher ultimate strain.