نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

2 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهرا ن

3 دانشجوی دکترا، مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهرا ن

10.22068/jstc.2019.99583.1500

چکیده

ازجمله پراهمیت‌ترین تحلیل‌هایی که در زمان طراحی سازه‌های کامپوزیتی صورت می‌گیرد، تحلیل پایداری آن‌ها تحت بارمحوری یا تحلیل رفتار کمانشی است. روش همبستگی ارتعاشی از دقیق‌ترین روش‌های تعیین بار کمانش سازه به صورت غیرمخرب است. روش همبستگی ارتعاشی یک روش غیرمخرب مبتنی بر تحلیل مودال است که با اندازه‌گیری فرکانس‌های طبیعی سازه تحت بارهای مختلف محوری به پیش‌بینی بار کمانش سازه می‌پردازد. یکی از متداول‌ترین آسیب‌هایی که در زمان ساخت و یا در زمان سرویس ممکن است به سراغ کامپوزیت‌ها بیاید، لایه‌لایه شدگی این مواد بوده، که با عنوان تورّق مطرح می‌گردد. بنابراین بررسی کمانش سازه‌های مرکب دارای آسیب تورّق از اهمیت بالایی برخوردار است که در این مطالعه سعی شده است که به بررسی تجربی این پدیده‌ به کمک روش‌ غیر مخرب همبستگی ارتعاشی و مقایسه آن با نتایج آزمون مخرب کمانش، به‌صورت تجربی، پرداخته شود. در واقع، این مقاله قابلیت اعمال روش همبستگی ارتعاشی بر سازه‌های دارای آسیب را بررسی می‌کند. برای رسیدن به این هدف ورق‌های کامپوزیتی مستطلیی دارای تورق سرتاسری در عرض به کمک روش تزریق رزین به قالب به کمک خلا ساخته شد. هریک از نمونه‌ها تحت آزمون کمانش مخرب قرار گرفت. سپس به منظور بررسی کارایی روش همبستگی ارتعاشی، آزمون مودال تجربی به منظور تعیین فرکانس طبیعی سازه در بارهای فشاری مختلف انجام گرفت. نتایج نشانگر آن اند که روش همبستگی ارتعاشی دقت بسیار خوبی در تعیین بار کمانش ورق کامپوزیتی دارای تورق داشته و درصد اختلاف کمتر از 8 درصد میان نتایج آزمون مخرب و روش غیرمخرب همبستگی ارتعاشی دال این موضوع است

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental Prediction of Buckling Load of Rectangular composite Plate with through-the-width Delamination using Nondestructive Vibration Correlation Technique

نویسندگان [English]

  • Pouria Pouria Azami-Googarchin 1
  • Gholam-hossein Rahimi 2
  • Mohammad Sajad Gazor 3

1 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

2 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

3 Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

چکیده [English]

One of the most important analysis during designing composite structures is its stability under compressive loads or buckling behavior analysis. Vibration correlation technique is one of the most accurate method to determine buckling load of structures non-destructively. The vibration correlation technique is a non-destructive method based on a modal analysis which predicts the buckling load of the structure by means of measuring the natural frequencies under different loads. One of the most common damages occurring to composites during manufacturing or in-service is debonding between layers known as delamination. Consequently, investigation of buckling of delaminated structures is in a great importance and in this study has tried to cover this issue experimentally using non-destructive vibration correlation technique and comparing its results with common destructive buckling tests. In fact, this paper investigates applicability of applying VCT on damaged structures. In order to reach to this goal, rectangular composite plates with through-the-width delamination using VARTM process has been fabricated. The buckling load of each specimen was determined using common destructive buckling test. Consequently, In order to measure the natural frequencies at different loadings, experimental modal analysis was conducted. The results show that the vibration correlation technique has a very good accuracy in determining the buckling load of the delaminated composite plate and the difference percentage between destructive tests results and the non-destructive vibration correlation technique results which is less than 8% approves it.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Buckling
  • Vibration correlation technique
  • Composite plate
  • Delamination

[1]Kassapoglou, C., “Modeling the Effect of Damage in Composite Structures“,  John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, UK, 2015.

[2]Zor, M., Şen, F. and  Toygar, M. E., “An Investigation of Square Delamination Effects on the Buckling Behavior of Laminated Composite Plates with a Square Hole by Using Three-Dimensional Fem Analysis“ Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol. 24, No. 11, pp. 1119-1130, 2005.

[3]Singer, J., Arbocz, J. and  Weller, T., “Buckling Experiments: Experimental Methods in Buckling of Thin-Walled Structures-Volume 2“, 2002.

[4]Juhász, Z. and  Szekrényes, A., “The Effect of Delamination on the Critical Buckling Force of Composite Plates: Experiment and Simulation“ Composite Structures, Vol. 168, pp. 456-464, 2017.

[5]Aslan, Z. Z. l. and  Daricik, F., “Effects of Multiple Delaminations on the Compressive, Tensile, Flexural, and Buckling Behaviour of E-Glass/Epoxy Composites“ Composites Part B: Engineering, Vol. 100, pp. 186-196, 2016.

[6]Kahya, V., “Buckling Analysis of Laminated Composite and Sandwich Beams by the Finite Element Method“ Composites Part B: Engineering, Vol. 91, No. 8, pp. 126-134, 2016.

[7]Jane, K. C. and  Harn, Y. C., “Vibration of Delaminated Beam-Plates with Multiple Delaminations under Axial Forces“ Mechanics of Structures and Machines, Vol. 28, No. 1, pp. 49-64, 2000.

[8]Suemasu, H., Kawauchi, M., Gozu, K., Hayashi, K. and  Ishikawa, T., “Effects of a Free Edge Delamination on Buckling of Rectangular Composite Plates with Two Fixed Loading and One Simply-Supported Side Edges“ Advanced Composite Materials, Vol. 5, No. 3, pp. 185-200, 1996.

[9]Alexander, T. A., “The Relationship between the Buckling Load Factor and the Fundamental Frequency of a Structure“ in Proceeding of  American Society of Civil Engineers, pp. 1-17.

[10]Sukajit, P. and  Singhatanadgid, P., “Identification of Buckling Load of Thin Plate Using the Vibration Correlation Technique“ in Proceeding of  520-525.

[11]Singhatanadgid, P. and  Sukajit, P., “Determination of Buckling Load of Rectangular Plates Using Measured Vibration Data“ in Proceeding of  73753Z-73753Z.

[12]Jansen, E. L., Abramovich, H., Rolfes, R. and  Hannover, L. U., “The Direct Prediction of Buckling Loads of Shells under Axial Compression Using Vct - Towards an Upgraded Approach“, pp. 1-9.

[13]Arbelo, M. A., de Almeida, S. F. M., Donadon, M. V., Rett, S. R., Degenhardt, R., Castro, S. G. P., Kalnins, K. and  Ozoliņš, O., “Vibration Correlation Technique for the Estimation of Real Boundary Conditions and Buckling Load of Unstiffened Plates and Cylindrical Shells“ Thin-Walled Structures, Vol. 79, pp. 119-128, 2014.

[14]Chaves-Vargas, M., Dafnis, A., Reimerdes, H. G. and  Schröder, K. U., “Modal Parameter Identification of a Compression-Loaded Cfrp Stiffened Plate and Correlation with Its Buckling Behaviour“ Progress in Aerospace Sciences, Vol. 78, pp. 39-49, 2015.

[15]Abramovich, H., Govich, D. and  Grunwald, A., “Buckling Prediction of Panels Using the Vibration Correlation Technique“ Progress in Aerospace Sciences, Vol. 78, pp. 62-73, 2015.

[16]Arbelo, M. A., Kalnins, K., Ozolins, O., Skukis, E., Castro, S. G. P. and  Degenhardt, R., “Experimental and Numerical Estimation of Buckling Load on Unstiffened Cylindrical Shells Using a Vibration Correlation Technique“ Thin-Walled Structures, Vol. 94, 2015.

[17]Shahgholian-Ghahfarokhi, D. and  Rahimi, G., “Prediction of the Critical Buckling Load of Composite Cylindrical Shells by Using Vibration Correlation Technique“ Composites Science and Technology, Vol. 167, pp. 470-481, 2018.

[18]Shahgholian-Ghahfarokhi, D. and  Rahimi, G., “Buckling Load Prediction of Grid-Stiffened Composite Cylindrical Shells Using the Vibration Correlation Technique“ Composites Science and Technology, Vol. 167, No. May, pp. 470-481, 2018.

[19]Amabili, M., Karazis, K. and  Khorshidi, K., “Nonlinear Vibrations of Rectangular Laminated Composite Plates with Different Boundary Conditions“ International Journal of Structural Stability and Dynamics, Vol. 11, No. 04, pp. 673-695, 2011.

[20]Khorshid, K. and  Farhadi, S., “Free Vibration Analysis of a Laminated Composite Rectangular Plate in Contact with a Bounded Fluid“ Composite Structures, Vol. 104, pp. 176-186, 2013.

[21]Khorshid, K., “Free Natural Frequency Analysis of an Fg Composite Rectangular Plate Coupled with Fluid Using Rayleigh–Ritz Method“ Mechanics of dvanced composite structures, 2014.

[22]Mohanty, J., Sahu, S. K. and  Parhi, P. K., “Parametric Instability of Delaminated Composite Plates Subjected to Periodic in-Plane Loading“ JVC/Journal of Vibration and Control, Vol. 21, No. 3, pp. 419-434, 2015.