بررسي رفتار كمانشي پوسته‌هاي كامپوزيتي تقويت شده مشبك مخروطي تحت بار محوري

Buckling behavior investigation of grid stiffened composite conical shells under axial loading

امروزه پوسته‌هاي تقويت ‌شده مشبك كامپوزيتي، كاربردهاي بسياري در صنايع هوافضا دارند. اين سازه‌ها شامل يك پوسته خارجي كامپوزيتي است كه براي تقويت آن از ريب‌هايي كه به صورت مارپيچ و محيطي، به طور معمول در سطح داخلي پوسته قرار مي‌گيرند، استفاده مي‌شود. يكي از انواع اين سازه‌ها كه در ساخت بدنه پرتابه‌هاي فضايي استفاده مي‌شود، پوسته‌هاي مخروطي است. در اين پژوهش به بررسي رفتار كمانشي پوسته‌هاي كامپوزيتي تقويت‌شده‌ مشبك مخروطي تحت بار محوري پرداخته‌ شده‌است. براي اين منظور از روش‌ تحليلي-تقريبي معادل‌سازي و اجزا محدود استفاده شده و اثر پارامترهاي زاويه الياف در پوسته خارجي، زاويه ريب‌هاي مارپيچ، تعداد ريب‌ها و زاويه راس مخروط بر روي بار كمانشي اين سازه‌ها بررسي شد. در روش تحليلي – تقريبي، مجموعه تقويت‌كننده‌ها با يك پوسته كه از نظر سفتي معادل با يكديگر هستند، جايگزين شدند. بر اين اساس، ماتريس‌هاي سفتي كشش، كوپلينگ و خمشي معادل براي تقويت‌كننده‌ها محاسبه شدند. در نهايت با استفاده از روش ريتز، بار كمانشي آنها محاسبه شد. در روش اجزا محدود نيز با استفاده از نرم‌افزار انسيس پوسته مخروطي مدل‌سازي و تحليل شد. در تحليل اجزا محدود، دو نوع مود كمانشي براي اين سازه‌ها مشاهده شد. همچنين نتايج حاصل از روش معادل سازي نيز نشان داد كه سازه با زاويه ريب‌هاي 30 درجه و زاويه الياف بين 70 تا 80 درجه مي‌تواند حالتي بهينه براي طراحي سازه باشد.

Nowadays, grid stiffened composite shells have many applications in aerospace.These structures include an external shell in which some helical and circumferential ribs placed in the inner surface of the shell are being used to reinforce it. Conical shells are one type of these structures that is used in the construction of space projectile body. In this study, buckling behavior of grid stiffened composite conical shells under axial loading have been investigated. For this purpose, both smeared and finite element methods have been used and effects of external shell winding, helical ribs angle, ribs number and vertex angle of cone parameters on the buckling load of these structures were investigated. In analytical method, stringers by a shell that have equivalent stiffness were smeared. Based on this analysis, the extensional, coupling and bending matrices associated with the stiffeners were determined. Then, by use of Ritz method, buckling load was calculated. Also, in the finite element method, conical shells by use of ANSYS software were modeled and analyzed. In finite element analysis, two kinds of mode shape for these structures were observed. Also, the results from smeared method showed that the structure with ribs of 30 degrees and shell winding angle between 70 to 80 degrees can be a modify case for design.