تحليل كمانش پوسته‌ي مشبك كامپوزيتي براساس روش معادل‌سازي اصلاح شده

Buckling analysis of stiffened composite cylindrical shell based on the modified smear method

پوسته‌هاي استوانه‌اي كامپوزيتي به علت استحكام و نسبت مقاومت به وزن بالا كاربردهاي گسترده‌اي در صنايع مختلف پيدا كرده‌اند. يكي از روش‌هاي افزايش مقاومت كمانشي اين سازه‌ها تقويت آن ها با انواع ريب‌هاي تقويت‌كننده است. در اين مقاله روش تحليلي جديدي براي تحليل پوسته‌‌هاي مشبك كامپوزيتي به شيوه معادل‌سازي ارايه شده است. تفاوت اصلي روش ارايه شده و روش‌هاي پيشين در نحوه تركيب‌ كردن پارامترهاي سفتي پوسته و تقويت‌كننده‌ها و محاسبه سفتي پوسته نهايي است. در اين روش يك پوسته سه لايه به گونه‌اي تعيين مي‌شود كه حجم و سفتي آن برابر حجم و سفتي تقويت‌كننده‌ها باشد. با قرار دادن اين سه لايه در كنار لايه‌هاي پوسته اصلي به راحتي مي‌توان سفتي پوسته نهايي را محاسبه نمود سپس بار بحراني كمانش محوري پوسته با استفاده از روش انرژي ريتز بدست آمده است. روش ارايه شده به كمك نرم‌افزار المان محدود آباكوس اعتبارسنجي شده است و بررسي نتايج نشان مي‌دهد كه نتايج اين روش نسبت به روش‌هاي پيشين اختلاف كمتري با نتايج المان محدود دارد. همچنين اثر پارامترهاي مختلف بر بار بحراني و بار بحراني ويژه پوسته مشبك بررسي شده است. نتايج بدست آمده نشان مي‌دهد كه براي اثربخش بودن فرآيند تقويت سازه، وجود تعداد حداقلي از جفت ريب‌ها و سلول‌هاي واحد الزاميست. ضمناً اگرچه تقويت‌ سازه به كمك ريب‌ها تقويت‌كننده مي‌تواند بار بحراني را افزايش دهد؛ اما الزاماً بار بحراني ويژه را بهبود نمي‌بخشد. بهترين حالت براي قرارگيري ريب‌ها زاويه 30 تا 40 درجه نسبت به محور پوسته استوانه‌اي است.

Due to high strength and stiffness-to-weight ratio of composite cylindrical shells, they are increasingly being used in different industries. Applying different types of stiffeners is one of the ways to improve the buckling resistance of these structures. In this paper new analytical method based on smear method is developed to analyze the stiffened composite shells. The main difference of this method and previous methods is on technique of combination of shell`s and stiffeners` stiffness parameters, and calculating the equivalent stiffness parameters. In the suggested method a three layered shell is designed in such a way that this shell and stiffeners have the same volume and stiffness. Putting these layers under the main layers of shell, the equivalent stiffness parameters could be calculated easily. Using the Ritz energy method the critical load of axial buckling of shell is calculated. The method is verified using finite element ABAQUS package. The results show that the proposed method has less difference from finite element`s results compare to previous methods. In addition, the effects of different parameters on buckling load and special buckling load of stiffened shell is investigated. The results show that in order to have efficient stiffened structure; there must be an adequate number of ribs and unit cells. It also shows that, although adding stiffening ribs increase the buckling load of the shell, the special buckling load does not increase necessarily. The optimum angle for helical ribs is 30 to 40 degrees respect to axis of the cylindrical shell.