Skip to main content
SUPERVISOR
Hamidreza Mirdamadi,Mostafa Ghayour
سیدحمیدرضا میردامادی (استاد مشاور) مصطفی غیور (استاد راهنما)
 
STUDENT
Saeid Saberi Alkouhi
سعید صابری آلکوهی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Static and Vibratory Behavior Analysis of Multistable Composite Plates under Mechanical Loading
Today, composite materials have many applications in various industries. A justify; LINE-HEIGHT: normal; TEXT-INDENT: 17.85pt; MARGIN: 0in 0in 0pt" In this thesis, different statical, thermal and vibratory behaviors of multistable morphing composite plates with regard to the bending - membrane behavior coupling are analyzed. For this purpose, the principle of minimizing the potential energy and Rayleigh–Ritz approach are used. In the method presented in this thesis, at first, the membrane and the bending components of the total strain energy are decoupled using the semi-inverse formulation of the constitutive equations. Then, in order to increase the accuracy of the results, the membrane problem is solved by combining compatibility conditions and using the Differential Quadrature Method (DQM) and numerical method. Differential quadrature method in comparison to the low level methods provides accurate results at a relatively small computational cost. Also, transverse displacements are approximated using Legendre polynomials. In order to validate and demonstrate the high accuracy of the proposed method compared to Hyer method, equilibrium and stable states and the force required to snap through between these states for a bistable composite plate with initial flat state are found. The advantage of the method used in this thesis is prediction the different behaviors of bistable composed plates with initial curvature and various boundary conditions. In the following, stable states of a bistable composite plate with the initial curvature and a bistable composite plate with fixed point edge boundary condition are found. The effect of changing side length, aspect ratio and temperature change on stability region and out of plane displacement of bistable composite plate with the initial curvature are obtained. Further, a new type of bistable twisting hybrid composite plate with an external metal layer is discussed. Due to difference between the deformation of this type of bistable composite plates and deformation of other types, a comparison between their various behaviors has been done. In next step, small amplitude vibration around the equilibrium states is investigated. For this purpose, the perturbation term is added to the coefficients of displacement fields and the governing equations are determined using Hamilton's principle. Solving the governing equations, the natural frequencies and mode shapes for different stable states of various bistable composite plates are determined. Also, effect of adding a metal layer on the smallest natural frequency of bistable composite plate and the mode shape associated to it is investigated. To validate the results, finite element analysis using ABAQUS software has been done and also the results are compared with the results of other works which have been done by other researchers. Keywords: Multistable structures, Morphing structures, Differential quadrature method, Hamilton's principle, Bistable twisting hybrid composite plate, Vibration around the equilibrium state
امروزه مواد مرکب کاربردهای فراوانی در صنایع مختلفی دارند. دسته‌ای از مواد مرکب، سازه‌های مورفینگ چندپایداره هستند، که به‌طور کلی در مواردی که سازه مورد نظر، تغییر شکل‌های مکرری دارد به‌کار برده می‌شوند. استفاده عملی از این سازه‌ها مستلزم تحلیل و تست آنها در شرایط متفاوت می‌باشد. در این پایان‌نامه به تحلیل رفتارهای مختلف استاتیکی، گرمایی و ارتعاشی ورق‌های مرکب مورفینگ چندپایداره با در نظر گرفتن حالت کوپلینگ رفتار خمشی- غشایی پرداخته می‌شود. برای این منظور از اصل کمینه‌سازی انرژی پتانسیل و روش ریلی - ریتز استفاده می‌گردد. در روش ارائه شده در این پایان‌نامه ابتدا با به‌کار بردن فرمول نیمه معکوس برای معادلات متشکله لایه‌های مرکب، انرژی پتانسیل کل به دو قسمت غشایی و خمشی تقسیم می‌شود. سپس به منظور افزایش دقت نتایج، معادله حاکم بر قسمت غشایی را با استفاده از شرایط سازگاری و معادلات تعادل داخل صفحه به‌دست آورده و با استفاده از روش انتگرال دیفرانسیلی و به روش عددی حل می‌گردد. روش انتگرال دیفرانسیلی در مقایسه با روش‌های مرتبه پایین با حجم محاسبات کمتر، دقت بیشتری ارائه می‌دهد. همچنین میدان جا‌به‌جایی خارج از صفحه با استفاده از چندجمله‌های لژاندر حدس زده می‌شود. در ادامه به منظور اعتبار سنجی نتایج و نشان دادن دقت بالای روش ارائه شده نسبت به روش هایر، حالت‌های تعادل و پایدار و نیرو مورد نیاز برای پرش بین این حالت‌ها برای یک ورق مرکب دوپایداره با حالت اولیه تخت به‌دست آورده می‌شود. از مزایای روش استفاده شده در این پایان‌نامه می‌توان به پیش بینی رفتارهای مختلف ورق‌های مرکب دوپایداره با انحنای اولیه و با شرایط مرزی مختلف اشاره کرد. در ادامه حالت‌های پایدار ورق مرکب دوپایداره با انحنای اولیه و یک ورق مرکب دوپایداره با شرایط مرزی یک نقطه ثابت از لبه تعیین می‌گردد. تاثیر تغییر طول صلع، نسبت اصلاع و تغییر دما روی محدوده‌ی پایداری و جا‌به‌جایی خارج از صفحه ورق مرکب دوپایداره با انحنای اولیه تعیین می‌شود. در ادامه به بررسی نوع جدیدی از ورق‌های مرکب هیبریدی دوپایداره پیچشی با یک لایه فلز خارجی پرداخته می‌شود. با توجه به تفاوت حالت‌های تغییر شکل یافته این نوع از ورق‌های مرکب دوپایداره با انواع دیگر، مقایسه‌ای بین رفتارهای مختلف‌شان صورت گرفته می‌شود. در ادامه به بررسی ارتعاش با دامنه کوچک پیرامون حالت‌های تعادل پرداخته می‌شود. برای این منظور عبارت اغتشاشی به ضریب‌های میدان‌های جا‌به‌جایی افزوده می‌گردد و با استفاده از اصل هامیلتون معادلات حاکم تعیین می‌شوند. با حل معادلات حاکم، فرکانس‌های طبیعی و شکل مود برای حالت‌های تعادل مختلف ورق‌های مرکب دوپایداره گوناگون تعیین می‌گردد. همچنین تاثیر افزودن یک لایه فلز به ورق مرکب دوپایداره بر کوچکترین فرکانس طبیعی و شکل مود متناظر با آن بررسی می‌شود. جهت اعتبارسنجی نتایج از روش اجزای محدود با استفاده از نرم افزار آباکوس و مقایسه با مقالات ارائه شده در این زمینه استفاده می‌شود. کلمات کلیدی: سازه‌های چندپایداره، سازه‌های مورفینگ، روش انتگرال دیفرانسیلی، اصل هامیلتون، ورق‌های مرکب هیبریدی پیچشی دوپایداره، ارتعاش پیرامون حالت‌های تعادل

ارتقاء امنیت وب با وف بومی