Skip to main content
SUPERVISOR
Saeed ZeiaeiRad,Saeed Behbahani
سعید ضیائی راد (استاد راهنما) سعید بهبهانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Masih Moore
مسیح مر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
Morphing or a shape adaptable structure can be described as a structural system whose shape and structural characteristics can be changed in order to satisfy the operational characteristics alteration. A main type of morphing structures is so-called the bi-stable structures. The interest in bi-stable structures comes from their ability that these structures can have two different stable equilibrium configurations to define a discrete set of stable shapes. The geometrical changes occur with no need to continuously consume power, and mechanical hinges to preserve the structure in each stable shape. It is well known that in the asymmetric composite laminate bi-stability occurs due to residual stresses resulting from differences in coefficients of thermal expansion, and elastic properties in each lamina within the laminate. Consequently when these structures are subjected to a thermal load, one can observe out of plane large deflection and cylindrical configurations that contradict with the classical lamination theory prediction. In this research, the thermal response and stability characteristics of a bi-stable composite plate with different asymmetric composition are considered. Attention was focused on the temperature dependency of laminate mechanical properties, especially on the thermal expansion coefficients of the composite graphite-epoxy plate and the effect of including resin layers on the stability characteristics of the laminate. To this end, Hyer's theory was used to study the relationship between temperature and curvature of asymmetric cured graphite-epoxy laminates in the temperature range. The strain fields were approximated and then used in the expression for the total potential energy, based on the Rayleigh-Ritz technique. The set of the obtained equations were solved by a specifically-written MATLAB program in order to predict the curvatures variation versus temperature. Optical microscopy was used to characterize the laminate composition. The effect of temperature dependency of laminate mechanical properties, resin layers and lay up thickness variations were also investigated by Hyer's theory. The results obtained from the theory were compared with the finite element simulations implemented in ABAQUS software and experimental results and a good correlation was obtained. In order to study the stability characteristics of asymmetric laminates a nonlinear finite element methodology using ABAQUS software was developed to predict the critical loads that responsible for snap-through and snap-back behaviors. The effects of the mentioned factors such as including resin layers and temperature dependency of laminate mechanical properties on the critical loads were also investigated. The results obtained from the finite element simulations were compared with experimental results and a good agreement was obtained. The current research also explores the potential for implementing bi-stable structures for Uninhabited Aerial Vehicle (UAV) wing configuration. To this end, the stability characteristics of a bi-stable tapered composite panel were studied in the ABAQUS software. The morphing of NACA 23012 airfoil flappers with bi-stable structures was also studied. The flappers were modeled by graphite-epoxy asymmetric laminates in the ABAQUS software and the magnitude of loads required to actuate the airfoil section between the stable shapes was evaluated. Keywords: Bi-stable structure, Graphite-epoxy plate, Finite element method, Snap behavior, Morphing airfoil, Thermal response
استفاده از مواد مرکب به علت مزایای فراوان از جمله وزن کم و استحکام بالا یکی از مهم ترین پیشرفت های صنایع گوناگون در چند دهه گذشته بوده است. سازه های چند پایداره و یا به صورت جزیی تر دوپایداره دسته ای از مواد مرکب می باشند که به علت قابلیت های بسیار کاربردهای فراوانی به ویژه در صنایع هوا و فضا دارند. مهم ترین ویژگی سازه های دوپایداره این است که این سازه ها دارای دو حالت کاملاً پایدار بوده و برای حفظ سازه در هریک از این حالات پایدار نیاز به هیچ گونه منبع دائمی انرژی و یا اتصالات مکانیکی نمی باشد. صرفاً جهت تغییر شکل از یک حالت پایدار به حالت پایدار دیگر باید انرژی مصرف کرد.از این رو توجه این پژوهش به مطالعه ی قابلیت استفاده از صفحات دوپایداره به عنوان وسیله ای برای دستیابی به ایده سازه های مورفینگ متمرکز شده است. بدین منظور در ابتدا با نوشتن برنامه مخصوص در نرم افزار متلب و با استفاده از روش ریلی – ریتز و کمینه سازی انرژی پتانسیل کل تغییرات انحناهای طولی، عرضی و پیچشی صفحات مرکب دوپایداره با چینش های گوناگون لایه ها بر حسب دما را با در نظر گرفتن وابستگی مشخصات مکانیکی و حرارتی ماده مرکب به دما و همچنین لایه های رزین و عدم تساوی ضخامت لایه ها، بدست آورده و به بررسی نقطه انشعاب در چینش های مختلف پرداخته شده است. در ادامه نتایج با نتایج شبیه سازی های اجزاء محدود در نرم افزار آباکوس و همچنین آزمایش های حرارتی که بر روی نمونه های ساخته شده از جنس گرافیت – اپوکسی انجام شده اعتبار سنجی شدند. هم چنین مقدار نیروی بحرانی جهت تغییر شکل از حالت پایدار اول به حالت پایدار دوم و برعکس برای صفحات مرکب با چینش های غیر متقارن [30-/60]، [20-/70] و [0/90] با استفاده از شبیه سازی در نرم افزار آباکوس بدست آمده و صحت آن با انجام آزمایش های عملی بررسی گردید. در پایان نیز به مطالعه دو ایده جهت استفاده از صفحات مرکب دوپایداره در طراحی بال های مورفینگ پرداخته شده است. بدین منظور با استفاده از شبیه سازی اجزاء محدود در نرم افزار آباکوس مقادیر نیروهای لازم برای انجام پدیده پرش ناگهانی در سازه مطالعه شده است. لغات کلیدی: سازه های دوپایداره، پدیده پرش ناگهانی، پاسخ حرارتی، روش ریلی – ریتز، روش اجزاء محدود، بال مورفینگ

ارتقاء امنیت وب با وف بومی