علوم و فناوری کامپوزیت

تحلیل تجربی و عددی استحکام باقی‌مانده استوانه مشبک کامپوزیتی تحت بارگذاری محوری فشاری متوالی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی مالک اشتر ، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت

2 استادیار، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری دانشیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر ، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت

3 استاد ، دانشگاه صنعتی مالک اشتر ، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت.

چکیده

در این تحقیق، رفتار استحکام اولیه سازه استوانه مشبک کامپوزیتی تحت نیروی محوری فشاری در بارگذاری مرتبه اول و استحکام باقی‌مانده آن در بارگذاری مرتبه دوم، مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور، در روش تجربی، ابتدا سازه استوانه‌ای مشبک، با الگوی شبکه شش‌ضلعی، با استفاده از قالب سیلیکونی و دستگاه رشته-پیچی، ساخته شده است. در آزمون بارگذاری تجربی مرتبه اول، سازه تحت نیروی محوری فشاری قرار گرفته و استحکام اولیه آن در آستانه فروریزش (اولین آسیب)، بدست آمده است. سپس، به منظور مطالعه استحکام باقی‌مانده، سازه آسیب دیده. پس از باربرداری کامل و بازگشت به طول اولیه، تحت بارگذاری مرتبه دوم قرار گرفته است. اعتبارسنجی نتایج نیرو-جابجایی حاصل از نرم‌افزار المان محدود آباکوس با مقایسه با نتایج آزمون‌های بارگذاری تجربی صورت گرفته است. در ادامه، تحلیل عددی اثر انواع الگوهای شبکه لوزی و مثلثی بر استحکام اولیه و استحکام باقی‌مانده سازه انجام پذیرفته است. نتایج نشان می‌دهند که بیشترین نسبت نیروی تحمل شده به وزن (استحکام ویژه) در آستانه فروریزش سازه، به ترتیب مربوط به الگوهای شبکه مثلثی، شش‌ضلعی و لوزی در بارگذاری مرتبه اول و الگوهای شبکه شش‌ضلعی، مثلثی و لوزی در بارگذاری‌ مرتبه دوم است. به طوری که در مرتبه دوم بارگذاری، الگوهای شبکه شش‌ضلعی، مثلثی و لوزی، به ترتیب 80.5، 69.11 و 54.01 درصد از استحکام اولیه خود را حفظ کرده‌اند. همچنین، الگوهای شبکه شش‌ضلعی، مثلثی و لوزی، به ترتیب از بیشترین انرژی جذب شده ویژه تا آستانه فروریزش برخوردارند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Experimental and Numerical Study of Residual Strength of Composite Grid Stiffened Cylindrical Shells Under Sequential Compressive Axial Load

نویسندگان [English]

  • Ahmad Gerami 1
  • Ali Davar 2
  • Jafar Eskandari Jam 3

1 Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Iran

2 Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Iran

3 Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Iran.

چکیده [English]

In this research, the behavior of the initial strength of a composite lattice cylinder structure under axial compressive force in the first loading and its residual strength in the second loading stages have been studied. For this purpose, in the experimental method, first, the composite cylindrical structure, with a hexagonal lattice pattern, is made using a silicone mold and filament winding process. In the first experimental loading test, the structure is subjected to axial compressive force and its initial strength at the beginning of collapse (first damage) is obtained. Then, in order to study the residual strength, the damaged structure is subjected to the second loading stage after complete unloading and recovers its initial length. Validation of force-displacement results obtained from ABAQUS finite element software has been done in comparison with the results of experimental loading tests. Next, the numerical analysis of the effect of various rhombic and triangular lattice patterns on the initial strength and residual strength of the structure is performed. The results show that the highest ratio of bearing force to weight on the collapse threshold of the structure in first loading stage is related to the triangular, hexagonal and rhombic, lattice patterns and hexagonal, triangular and rhombic lattice patterns, respectively in the second loading stage. After the second loading stage, hexagonal, triangular and rhombic lattice patterns retained 80.5%, 69.11% and 54.01% of their original strength, respectively. Also, hexagonal, triangular and rhombic lattice patterns have the highest specific absorbed energy up to the collapse threshold, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Residual strength
  • Composite grid stiffened cylindrical shells
  • Sequential compressive axial load
  • Finite element method
  • Experimental method
مراجع
[1]  Vasiliev, V., Barynin, V. and  Rasin, A., “Anisogrid Lattice Structures–Survey of Development and Application” Composite structures, Vol. 54, No. 2-3, pp. 361-370, 2001.
[2]  Vasiliev, V. and  Razin, A., “Anisogrid Composite Lattice Structures for Spacecraft and Aircraft Applications” Composite structures, Vol. 76, No. 1-2, pp. 182-189, 2006.
[3]  Vasiliev, V. V., Barynin, V. A. and  Razin, A. F., “Anisogrid Composite Lattice Structures–Development and Aerospace Applications” Composite structures, Vol. 94, No. 3, pp. 1117-1127, 2012.
[4]  Totaro, G. and  Gürdal, Z., “Optimal Design of Composite Lattice Shell Structures for Aerospace Applications” Aerospace Science and Technology, Vol. 13, No. 4-5, pp. 157-164, 2009.
[5]  Morozov, E., Lopatin, A. and  Nesterov, V., “Finite-Element Modelling and Buckling Analysis of Anisogrid Composite Lattice Cylindrical Shells” Composite Structures, Vol. 93, No. 2, pp. 308-323, 2011.
[6]  Yazdani, M. and  Rahimi, G., “The Behavior of Gfrp-Stiffened and-Unstiffened Shells under Cyclic Axial Loading and Unloading” Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol. 30, No. 5, pp. 440-445, 2011.
[7]  Yazdani, S. and  Rahimi, G., “Experimental and Numerical Stress Analysis of Glass Fiber-Reinforced Polymer (Gfrp)-Stiffened Shells with Cutout under Axial Loading” Scientific Research and Essays, Vol. 8, No. 21, pp. 902-916, 2013.
[8]  Lai, C., Wang, J. and  Liu, C., “Parameterized Finite Element Modeling and Buckling Analysis of Six Typical Composite Grid Cylindrical Shells” Applied Composite Materials, Vol. 21, No. 5, pp. 739-758, 2014.
[9]  Ren, M., Li, T., Huang, Q. and  Wang, B., “Numerical Investigation into the Buckling Behavior of Advanced Grid Stiffened Composite Cylindrical Shell” Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol. 33, No. 16, pp. 1508-1519, 2014.
[10] Talezadehlari, A. and  Rahimi, G. H., “The Effect of Geometrical Imperfection on the Axial Buckling of Unstiffened and Stiffened Composite Cylinders with and without Cutout” Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 7, pp. 245-256, 2017.
[11] Fadavian, A., Davar, A., Jam, J. E. and  Taghavian, H., “Buckling Strength Optimization of Fabrication Factors of Composite Lattice Cylinders Using Experimental‐Statistical Method (Taguchi)” Polymer Composites, Vol. 40, No. 5, pp. 1850-1861, 2019.
[12] Davar1, A., Azarafza2, R. and  Bagheri, V., “Experimental and Numerical Analysis of Composite Lattice Truncated Conical Structures with and without Carbon Nanotube Reinforcements under Axial Compressive Force” Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 4, No. 4, pp. 418-425, 2018.
[13] Khalili, S. M. R., Sedigh, Y. and  Mir Mohammad Hossein Ahari, S. M., “Experimental and Numerical Study of the Buckling of Semi-Cylindrical Composite Lattice” Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 3, No. 3, pp. 269-276, 2016.
[14] shahgholian ghahfarokhi, d. and  Rahimi, G. H., “Prediction of the Critical Buckling Load of Stiffened Composite Cylindrical Shells with Lozenge Grid Based on the Nonlinear Vibration Analysis” Modares Mechanical Engineering, Vol. 18, No. 4, pp. 135-143, 2018.
[15] Rostami, B. and  Shahrjerdi, A., “Buckling Analysis of Composite Lattice Cylinder Whit Inner and Outer Shell under External Pressure” Journal of Mechanical Engineering, Vol. 49, No. 3, pp. 147-156, 2019.
[16] “Standard Test Method for Apparent Hoop Tensile Strength of Plastic or Reinforced Plastic Pipe” ASTM-D2290, 2017.
[17] Charan, V. S., Vardhan, A. V., Raj, S., Rao, G. R., Rao, G. and  Hussaini, S., “Experimental Characterization of CFRP by Nol Ring Test” Materials Today: Proceedings, Vol. 18, pp. 2868-2874, 2019.
[18] Gibson, R. F., “Principles of Composite Material Mechanics”,  CRC Press, pp. 82-93, 2011.
[19] “ABAQUS 6.14 Analysis User's Manual”, Section 29.6.1, 2014.
 
علوم و فناوری کامپوزیت
دوره 8، شماره 2
شهریور 1400
صفحه 1503-1513
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار