Skip to main content
SUPERVISOR
عبدالرضا کبیری عطا آبادی (استاد راهنما) محمود فرزین (استاد راهنما)
 
STUDENT
Amir Molavizadeh
امیر مولوی زاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Strength Analysis and Design of Laminated Composite Shell under External Pressure by the Finite Element Simulation
In the past, steel structures were vastly used in various applications to carry high loads. To avoid difficulties caused by steel, such as high weight, other materials like Aluminum, Titanium and composites have been proposed. The use of laminated composite shells in many engineering applications has been rapidly expanded in the past four decades due to their higher strength and stiffness to weight ratios as compared to most metallic materials. Composite shells are used increasingly in areas such as automotive engineering, biomedical engineering and other applications. In this study, stress, fracture, and buckling analysis of composite pressure hull are discussed. In chapter one, after studying history of stress and fracture analysis of composite shells, background of buckling analysis of cylindrical and spherical shells and also winding pattern methods have been reviewed. In chapter two, composite materials are introduced and categorized. Advantages of composite materials in comparison with other materials and their stress-strain curves are described. Applications of composites in automobile, bio-engineering, public toys, artificial limbs and other industries are mentioned. Moreover, manufacturing procedures of composites are briefly introduced. Finally, stress-strain relations of composites are explained. In chapter three, entitled "filament winding of composites", composite manufacturing processes are studied and various types of filament winding are discussed in details. Furthermore, equations of Geodesic, Isotensoid, and planar winding patterns are investigated. In chapter four, various theories of composite failure are explained and Puck's failure theory has been chosen as the best criteria for detecting failure onset. Then, equations of this criteria are derived. In chapter five, filament wound pressure hull with Geodesic and planar patterns have been simulated by the finite element method. In the simulations, python scripting is used to achieve more accurate modeling of angle and thickness variations. In this chapter, the effects of winding angle and aspect ratio parameters on pressure hull strength are explored. Geodesic winding pattern with aspect ratio of 1.2 and winding angle of 45 degree have been selected as the best winding conditions for pressure hull. Finally, based on Puck's criteria, a user made subroutine for detecting onset of failure has been prepared. This program is verified by available results and used for failure analysis of optimum composite pressure hull. The results show that a composite pressure hull can carry considerable external pressure even after failure initiation due to stress redistribution in the laminates. Keywords: Composite pressure hull, Planar winding, Geodesic winding, Puck's failure criteria
در اعماق دریا به دلیل فشار هیدرواستاتیک بالا تا قبل از سال 1960 از فولاد به عنوان ماده ی سازه های مختلف استفاده می شد. برای رفع مشکلات ناشی از استفاده از فولاد مانند افزایش وزن و سختی در تولید، مواد مختلف دیگری چون آلومینیوم، تیتانیوم و کامپوزیت به عنوان مواد جایگزین پیشنهاد شدند. در این تحقیق به بررسی تحلیل تنش، شکست و کمانش پوسته ی کامپوزیتی لایه ای بدنه ی فشار پرداخته می شود. در فصل اول پس از بررسی تاریخچه ی تحلیل تنش و شکست پوسته های کامپوزیتی به صورت جداگانه تاریخچه ی تحلیل کمانش پوسته ی استوانه ای و کروی و تاریخچه روش های پیچش بیان گردیده است. در فصل دوم مواد کامپوزیتی معرفی و دسته بندی شده و ضمن بیان مزایای استفاده از این مواد نسبت به مواد دیگر، منحنی تنش کرنش این مواد تشریح و به کاربرد آن در صنایع مختلف از جمله صنایع خودروسازی، هوافضا و دریایی اشاره شده است. پس از آن، روش های ساخت مواد کامپوزیت اجمالا معرفی و در نهایت روابط تنش-کرنش مواد کامپوزیتی ارائه گردیده است. در فصل سوم با عنوان رشته پیچی به معرفی این روش در ساخت مواد کامپوزیتی پرداخته شده و انواع ماشین های رشته پیچی و فرآیند تولید معرفی گردیده اند. پس از آن الگوهای مختلف پیچش معرفی شده و معادلات الگوهای پیچش ژئودزیک، ایزوتنسوید و صفحه ای ارائه شده است. در فصل چهارم تئوری های مختلف شکست تبیین شده و تئوری شکست پاک به عنوان بهترین معیار جهت شناسایی شروع شکست معرفی و انتخاب می گردد. در ادامه معادلات این معیار استخراج شده است. در فصل پنجم بدنه های فشار رشته پیچی شده با الگوهای ژئودزیک و صفحه ای در نرم افزار المان محدود شبیه سازی شده اند. در شبیه سازی از برنامه نویسی به زبان پایتون جهت دقت بیشتر در مدل سازی تغییرات زاویه و ضخامت استفاده شده است. در این فصل تاثیر پارامتر زاویه ی پیچش و نسبت منظری بر استحکام بدنه ی فشار بررسی گردیده و پیچش ژئودزیک با نسبت منظری 2/1 و زاویه ی پیچش 45 درجه به عنوان بهترین بدنه ی فشار انتخاب گردیده است. پس از آن برنامه ی نوشته شده جهت شناسایی شروع شکست بنابر معادلات پاک مورد صحت سنجی قرار گرفته و شکست بدنه ی فشار بهینه با این معیار مورد تحلیل قرار گرفت. کلمات کلیدی: 1- بدنه ی فشار کامپوزیتی 2-پیچش صفحه ای 3-پیچش ژئودزیک 4-معیار شکست پاک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی