Skip to main content
SUPERVISOR
Hamidreza Mirdamadi,Seyed Ailreza Shahidi rizi
سیدحمیدرضا میردامادی (استاد راهنما) سید علیرضا شهیدی ریزی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hesam Hajheidari
حسام حاج حیدری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Modeling and Vibration Analysis of A Laminated Viscoelastic/Piezoelectric Composite Plate (ACLD) with Spectral Finite Element Method
In this thesis first, a formulation of a spectral element for a cross-ply laminated composite plate has been presented. Then spectral element model for a composite plate with active constrained layer damping (ACLD) has been developed. The spectral finite element method (SFEM) formulation in this thesis begins with deriving the fully coupled dynamic equations of motion by using Hamilton’s principle. Unlike the 1-D beam structures, two-dimensional (2-D) plate structures show much more complicated wave characteristic.Therefore, in this thesis, the spectral element modeling has been introduced only for the levy-type laminated composite plates and the plate 2-D problem has been transformed to the equivalent beam-like 1-D problem. Using finite strip method (FSM) the plate has then been considered as a connection of several strips (spectral plate element) with the joint node line along which the equivalent line load acts. The spectral plate element has been formulated with the exact solution to of a set of the equivalent 1-D coupled dynamic equations of motions in the frequency domain. This exact solution has been used as interpolating function for spectral element formulation. Then the spectral plate element matrix (dynamic stiffness matrix) has been formulated from the relations between the forces and displacements along the opposite two parallel edges. Finally, the frequency domain responses have been transformed to time domain using inverse fast Fourier transform (IFFT). In this research both free vibration and forced vibration is performed using the formulated elements for a cross-ply laminated composite plate. The high accuracy of the spectral element model has then been verified by corresponding results from conventional finite element solutions and exact analytical solutions, natural frequencies and the dynamic response to high frequency transients. The results are indicated that spectral finite element method can model structural dynamic characteristics with smaller element and higher accuracy in comparison with the results of the conventional finite element method. The SFEM formulation of an ACLD plate has been verified with the analytical solution. In addition the performance of an ACLD plate is investigated with proportional-derivative controller and the results obtained indicate that the ACLD treatments are very effective in damping the structural vibration as compared to the conventional PCLD. This is particularly true at low frequencies when proportional controllers are used and over a wider frequency ban when the controllers are augmented with a derivative component. Key Words: Structural Dynamic, Laminated Composite Plates, Spectral Finite Element Method, Spectral Element Matrix, Dynamic Shape Function, Active Constrained Layer Damping, Finite Strip Method, Proportional-Derivative Controller.
روش المان محدود طیفی به عنوان یک روش مدل‌سازی دینامیکی دقیق سازه‌های مهندسی شناخته می‌شود. در این تحقیق مدل المان محدود طیفی برای آنالیز ارتعاشی ورق‌های مستطیلی چندلا متقارن و نامتقارن عمودبرش و هم‌چنین ورق‌های با میراگرهای فعال، غیرفعال و میراگرهای دوگان فعال- غیرفعال ارایه می‌شود. بر خلاف سازه‌های یک بعدی، بررسی رفتار موج در سازه دوبعدی پیچیده‌تر می‌باشد. بنابرانی در این تحقیق مدل المان محدود طیفی تنها برای ورق‌های نوع لوی ارایه شده است که در نتیجه مسأله ورق دوبعدی به یک مسأله ورق یک بعدی معادل تبدیل می‌شود. سپس ورق با استفاده از روش نوار محدود به چندین نوار تقسیم می‌شود که المان‌های طیفی در راستای عمود بر این نوارها تعریف شده است. فرمول‌بندی المان محدود طیفی شامل معادله‌های دیفرانسیل پاره‌ای حرکت، میدان جابجایی، تابع‌های شکل و ماتریس المان طیفی می‌باشد. آنالیز ارتعاشی ورق‌های مستطیلی چندلا متقارن و نامتقارن عمودبرش شامل ارتعاش آزاد و ارتعاش واداشته می‌باشد. در ارتعاش آزاد فرکانس‌های طبیعی و شکل مودها برای ورق‌های مستطیلی با ابعاد مختلف محاسبه می‌شوند و در ارتعاش واداشته ارتعاش ورق زیر بارگذاری‌های متمرکز و گسترده ضربه‌ای با محتوای فرکانسی بالا بررسی می‌شود. نتیجه‌های روش المان محدود طیفی با نتیجه‌های روش تحلیلی و روش المان محدود در حوزه زمان، مقایسه و اثر کاهش حجم محاسبه و دقت حل روش المان محدود طیفی نسبت به روش المان محدود در حوزه زمان ارزیابی می‌شود. میراگرهای دوگان فعال- غیرفعال از دو لایه مرکب پیزوالکتریک و ویسکوالاستیک تشکیل شده‌اند که بر روی لایه میزبان الاستیک سوار می‌شوند. معادله‌های حرکت حاکم بر ورق با میراگر دوگان فعال- غیرفعال به کمک اصل همیلتون استخراج و سپس ماتریس المان طیفی از حل دقیق دستگاه معادله دیفرانسیل درهم‌گیر حاکم در حوزه فرکانس فرمول‌بندی می‌شود. عمل‌کرد میرایی میراگرهای دوگان فعال- غیر فعال نسبت به میراگرهای فعال و غیرفعال با استفاده از یک کنترل‌کننده مشتقی- تناسبی مورد بررسی قرار می‌گیرد. برای درست‌سنجی و دقت حل فرمول‌بندی المان طیفی ورق‌های با میراگر دوگان فعال- غیرفعال، نتیجه‌ها با نتیجه‌های روش تحلیلی مقایسه می‌شوند. گل واژگان: 1- دینامیک سازه‌ها 2- ورق‌های مرکب لایه‌لایه 3- المان محدود طیفی 4- ماتریس المان طیفی 5- تابع شکل دینامیکی 6- میراگرهای دوگان فعال- غیرفعال 7- روش نوار محدود 8- کنترل‌کننده مشتقی- تناسبی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی