علوم و فناوری کامپوزیت

علوم و فناوری کامپوزیت

تحلیل ارتعاشات آزاد پوسته ساندویچی مخروطی با هسته مشبک کامپوزیتی غیرایزوگرید بر مبنای روش‌های تجربی و عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری،مهندسی مکانیک،دانشگاه تربیت دبیرشهیدرجایی،تهران.
2 دانشیار، مهندسی مکانیک،دانشگاه تربیت دبیرشهیدرجایی، تهران.
3 دانشیار، مهندسی مکانیک،دانشگاه تربیت دبیرشهید رجایی، تهران.
چکیده
در این مطالعه، تحلیل مودال پوسته‌های ساندویچی مخروطی سه‌جزیی با یک هسته مشبک کامپوزیتی بر مبنای روش‌های تجربی و تئوری ارائه شده است. بدین منظور، دو نمونه از چنین ساندویچی متشکل از دو رویه همسان از پارچه کولار و هسته مشبک میانی با سلول‌های شش ضلعی منتظم و الیاف ترکیبی از شیشه - کربن ساخته شد. در ادامه، آزمون‌های مودال برای استخراج فرکانس‌های طبیعی و شکل مودها بر مبنای جمع‌آوری داده‌ها از 40 نقطه بر روی سطح پوسته (پنچ مقطع عرضی در راستای یال مخروط و هشت نقطه محیطی با زوایه ᵒ45) توسط دستگاه سرعت‌سنج لیزری انجام شده است. بر طبق نتایج تجربی، اختلاف فرکانس‌های طبیعی دو نمونه پوسته ساندویچی برای اولین شکل مود کمتر از 3% و برای دومین شکل مود تقریبا 6% می‌باشد. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت، کمترین خطا ممکن در طراحی مفهومی مراحل مختلف ساخت و در حین اجرای فرآیندها برای تولید پوسته ساندویچی مخروطی مشبک وجود داشته است. همچنین شبیه‌سازی عددی با استفاده از المان‌های سه بعدی در نرم‌افزار آباکوس صورت پذیرفته است که با نتایج حاصل از آزمون مودال صحت‌سنجی شده‌اند. مقایسه فرکانس‌های طبیعی مطابق با شکل مودهای مختلف بر مبنای روش‌های المان محدود آباکوس و تجربی نشان می‌دهد که تطابق بسیار خوبی بین نتایج وجود دارد که حداکثر اختلاف در فرکانس طبیعی کمتر از 16% می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental and numerical methods for free vibration analysis of sandwich conical shells with anisogrid composite lattice core

نویسندگان English

Malihe Rahnama 1
Seyed Reza Hamzeloo 2
Mohammad Morad Sheikhi 3
1 Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran.
2 Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran.
3 Department of Mechanical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran.
چکیده English

In this study, the modal analysis of sandwich conical shells with a composite lattice core was presented using experimental and numerical methods. For this purpose, samples of such sandwich were made of two identical Kevlar-fabric face sheets and a composite (glass-carbon fibers) lattice core with regular hexagonal cells. Next, modal tests were carried out to extract the natural frequencies and the mode shapes by collecting frequency responses using a laser accelerometer. Also, ABAQUS FE simulations were performed using three-dimensional elements and were validated with the results obtained from modal tests. According to the experimental results, the difference in the natural frequencies of samples is less than 3% for the first mode shape (m,n)=(1,2) and 6% for the second mode shape (m,n)=(1,3). Therefore, it can be concluded that there is the least possible error in the conceptual design and the implementation of various manufacturing processes. In addition, there is good agreement between the results obtained from modal tests and ABAQUS finite element method, i.e. the maximum difference in natural frequencies of the first four mode shape is approximately 16%.

کلیدواژه‌ها English

Sandwich conical shell
Composite lattice core
Modal test
Finite element method
[1] Vasiliev, V. V., and Morozov, E. V., “Advanced mechanics of composite materials and structures,” Fourth ed., Elsevier, 2018.
[2] Davies, J. M., “Lightweight sandwich construction,” First ed., John Wiley & Sons, 2008.
[3] Vinson, J. R., “The behavior of sandwich structures of isotropic and composite materials,” First ed., Routledg, New York, 1999.
[4] Shatov, A. V., Burov, A. E., and Lopatin, A. V., “Buckling of composite sandwich cylindrical shell with lattice anisogrid core under hydrostatic pressure.,” In Journal of Physics: Conference Series IOP Publishing, Vol. 1546, No. 1, pp. 01213, 2020.
[5] Zarei, M., Rahimi, G. H., and Hemmatnezhad, M., “Global buckling analysis of laminated sandwich conical shells with reinforced lattice cores based on the first-order shear deformation theory,” International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 187, No. 12, pp.10587, 2020.
[6] Yang, J. S., Liu, Z. D., Schmidt, R., Schröder, K. U., Ma, L., and Wu, L. Z., “Vibration-based damage diagnosis of composite sandwich panels with bi-directional corrugated lattice cores,” Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Vol. 131, No. 4, pp. 105781, 2020.
[7] Shahgholian-Ghahfarokhi, D., Rahimi, G., Zarei, M., and Salehipour, H., “Free vibration analyses of composite sandwich cylindrical shells with grid cores: Experimental study and numerical simulation,” Mechanics Based Design of Structures and Machines, Vol. 50, No. 2, pp. 687-706, 2022.
[8] Fallah, F., Taati, E., and Asghari, M., “Decoupled stability equation for buckling analysis of FG and multilayered cylindrical shells based on the first-order shear deformation theory,” Composites Part B: Engineering, Vol. 154, No. 12, pp. 225-24, 2018.
[9] Fallah, F., and Taati, E., “On the nonlinear bending and post-buckling behavior of laminated sandwich cylindrical shells with FG or isogrid lattice cores,” Acta Mechanica, Vol. 230, No. 6, pp. 2145-2169, 2019.
[10] Chai, Y., Li, F., and Song, Z., “Nonlinear flutter suppression and thermal buckling elimination for composite lattice sandwich panels,” AIAA Journal, Vol. 57, No. 11, pp. 4863-4872, 2019.
[11] Nazari, A., Naderi, A., Malekzadefard, K., and Hatami, A. “Experimental and numerical analysis of vibration of FML-stiffened circular cylindrical shell under clamp-free boundary condition,” Journal of Science and Technology of Composites, Vol. 6, No. 1, pp. 9-20, 2019.
[12] Shahgholian-Ghahfarokhi, D., and Rahimi, G., “New analytical approach for buckling of composite sandwich pipes with isogrid core under uniform external lateral pressure,” Journal of Sandwich Structures & Materials, Vol. 23, No. 1, pp. 65-93, 2021.
[13] Karttunen, A. T., Reddy, J. N., and Romanoff, J., “Two-scale constitutive modeling of a lattice core sandwich beam,” Composites Part B: Engineering, Vol. 160, No. 3, pp. 66-75, 2019.
[14] Li, C., Shen, H. S., and Yang, J., “Low-velocity impact response of cylindrical sandwich shells with auxetic 3D double-V meta-lattice core and FG GRC facesheets,” Ocean Engineering, Vol. 262, No. 10, pp. 112299, 2022.
[15] Zarei, M., & Rahimi, G. H., “Buckling resistance of joined composite sandwich conical–cylindrical shells with lattice core under lateral pressure,” Thin-Walled Structures, Vol. 174, No. 5, pp. 109027, 2022.
[16] Barbero, E. J., “Finite Element Analysis of Composite Materials using Abaqus,” Second ed., CRC press, 2023.