مطالعه عددي و تجربي تاثير نواقص هندسي بر بار كمانش تحت نيروي محوري در استوانه هاي كامپوزيتي سوراخ‌دار و بدون سوراخ

Experimental and numerical examination of the effect of geometrical imperfection on buckling load in axially compressed composites cylinder with and without cutout

استوانه‌هاي جدارنازك به علت وجود نواقصي كه به طور ناخواسته و البته اجتناب ناپذير در حين ساخت قطعه، جابجايي يا در هنگام نصب بوجود مي‌آيد و يا در طبيعت مواد سازنده قطعه وجود دارد تحت بار‌هاي فشاري محوري در باري كمتر از بار شكست بحراني دچار كمانش مي‌شوند. امروزه براي طراحي استوانه‌هاي جدار نازك از گزارش NASA SP-8007 استفاده مي‌شود كه استخراج آن حاصل از آزمون‌هاي كمانش استوانه‌هاي فلزي است و براي استوانه‌هاي كامپوزيتي طراحي نشده گرچه در زمينه استوانه هاي كامپوزيتي نيز از آن استفاده مي‌شود و علاوه بر آن نتايجي بسيار محتاطانه را پيش‌بيني مي‌كند. روش‌هاي اعمال نواقص هندسي شامل روش اصلاح شده استفاده از شكلمود‌هاي حاصل از حل خطي كمانش (M-LBMI) و اعمال بار تحريك كننده عرضي (SPLI) براي استوانه‌هاي بدون سوراخ و با سوراخ‌ دايروي در اين مقاله انجام شده است. براي تاييد نتايج عددي استوانه هاي كاپوزيتي جدار نازك با لايه چيني [90/+23/23/90] ساخته شده و تحت بار فشاري محوي آزمون كمانش شدند. نتايج تجربي بدست آمده دقت نتايج عددي را تاييد مي نمايد. همچنين نشان داده شد در استوانه‌ بدون سوراخ اعمال نواقص هندسي باعث افت زياد بار كمانش در مقايسه با حالت بدون اعمال نواقص هندسي است ولي در استوانه‌هاي با وجود سوراخ، اعمال نواقص هندسي تاثيري كمتر از 10% در كاهش بار كمانش دارند كه اين پديده نشان دهنده اهميت تاثير وجود سوراخ بر روي كمانش در مقايسه با وجود نواقص هندسي است.

When a cylindrical shell subject to a compressive load, because of various imperfections happened during processes as manufacturing, handling, assembling and machining, buckling occurs in loads lower than corresponding static failure load. Still many of cylindrical shell structures are designed against buckling based on experimental data introduced by NASA SP8007 as conservative lower bound curves. In the manuscript, nonlinear methods of Modified Linear Buckling Modeshape Imperfections (MLBMI) and Simple Perturbation Load Imperfections (SPLI) for composite cylindrical shell with and without cutout are investigated. In order to evaluate the numerical results composite cylinder with stacking sequence of [90/+23/23/90] are manufactured by using filament winding method and buckling tests are performed under axial loading. Nonlinear numerical results in cylinder with and without cutout are close together and have good agreement with experimental data. . It was concluded that buckling load predicted by SPLI and modified LBMI method on cylinder with cutout is close to result of case without apply geometric imperfections. In summary, it was concluded that cutout on the cylinder body act as an imperfection to trigger buckling of the structures so there is no need to apply geometrical imperfections.