Skip to main content
SUPERVISOR
Mostafa Ghayour,Saeed ZeiaeiRad
مصطفی غیور (استاد راهنما) سعید ضیائی راد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Rasoul Ghayour
رسول غیور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Vibration Analysis of Rotating Tapered Composite Beams
The rotating tapered laminated composite beams are basic structural components when dealing with a variety of engineering structures such as airplane wings, helicopter blades and turbine blades as well as many others in the aerospace, mechanical industries. The great possibilities provided by composite materials can be used to alter or change favorably the response characteristics of structures. Due to the outstanding engineering properties, such as high strength-to-weight and stiffness-to-weight ratios, the composite beam structures are likely to play a significant role in the design of structures when the weight and strength are of primary consideration. The behavior of composite beam structures can also be effectively and efficiently tailored by changing the lay-up parameters. The analysis of composite beams is, of course, significantly more difficult than that of metallic counterparts.An important element in the dynamic analysis of composite beams is the computation of their natural frequencies and mode shapes. This is important as the composite beam structures often operate in complex environmental conditions and are frequently exposed to a variety of dynamic excitations. The characteristics of rotating flexible structures differ significantly from those of non-rotating flexible structures. Centrifugal inertia force due to rotational motion causes the variation of ending stiffness, which naturally results in the variations of natural frequencies and mode shapes. Moreover, the stiffness property of composite structures can be easily modulated through changing their fiber orientation angles and number of layers.The finite element method (FEM) is one of the most powerful numerical procedures for solving the mathematical problems of engineering and physics. Nowadays, some advanced formulation have been introduced, among them is the hierarchical FEM (HFEM). In conventional FEM, a beam element is modeled using two nodes at the end. Therefore, a large number of elements are needed to achieve an acceptable accuracy. In HFEM, some polynomial or trigonometric terms are added to the displacement and rotation function in order to obtain extra degrees of freedom. Thus, the same accuracy can be achieved by using much less number of elements. This results in rapid convergence. In this thesis, a hierarchical finite element technique is applied to find the natural frequencies and mode shapes of composite beams in the bending mode of vibration by taking into account the taper and the rotation simultaneously. The element mass and stiffness matrices are derived and the effects of offset, rotation, taper ratio and shear deformation on the beam natural frequencies are investigated. Key words: Vibration, Tapered Composite Beam, Hierarchical FEM, Rotating.
تیر های کامپوزیتی مصارف زیادی در صنعت به خصوص در صنایع هوایی دارند. از آنجا که ارتعاشات این تیر ها اثرات مخربی مانند شکست یا خوردگی می تواند داشته باشد، تحلیل ارتعاشی آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. به صورت خاص، تیرهای کامپوزیتی باریک شونده غیر چرخان مدلی از بال هواپیما و تیرهای باریک شونده چرخان مدلی از پره بالگرد و یا توربین های بادی می باشند. در این تحقیق به تحلیل ارتعاشات تیر کامپوزیتی باریک شونده پرداخته می شود. در ابتدا به بررسی خواص و روابط الاستیکی تیر کامپوزیتی چند لایه باریک شونده می پردازیم. این روابط بسته به چیدمان تیرهای کامپوزیتی باریک شونده متفاوت می باشند. سپس معادلات ارتعاشی این تیرها بدست آورده می شود. در ادامه ارتعاشات تیرهای کامپوزیتی باریک شونده چرخان در حالت بال زدن (Flap) مورد توجه قرار می گیرد. در این قسمت برای مدل کردن تیر کامپوزیتی اثر برش و اینرسی دورانی بر اساس تئوری تیر تیموشنکو مد نظر قرار می گیرند. در انتها ارتعاشات تیر های باریک شونده در حالت بال زدن- لنگ زدن (Flap-Lag) بررسی می شوند. در این بررسی پیچش اولیه، عرض و ارتفاع به صورت خطی تابعی از طول تیر در نظر گرفته می شوند و در این حالت، اثر تغییر شکل برشی و اینرسی دورانی را در نظرگرفته می شود. در تحلیل ارتعاشات و بدست آوردن فرکانسهای طبیعی و شکل مودها در همه حالتهای ذکر شده از روش HFEM استفاده شده است. نتایج با جوابهای حاصل از روش ریتز یا روشهای رایج اجزاء محدود و یا مقالات دیگر مقایسه شده اند و صحت آنها مورد تایید قرار گرفته است. روش HFEM در همه موارد سرعت همگرایی بالاتر و دقت بیشتری نسبت به سایر روشها دارد. لغات کلیدی: ارتعاشات، تیر کامپوزیتی باریک شونده، روش اجزاء محدود مرتبه بالا (HFEM)، چرخان

ارتقاء امنیت وب با وف بومی