اثر نقص هندسي بر كمانش محوري پوسته هاي ساده و مشبك كامپوزيتي با و بدون گشودگي

The effect of geometrical imperfection on the axial buckling of unstiffened and stiffened composite cylinders with and without cutout

هرچند مطالعات گسترده اي در زمينه اثر نقص هندسي بر كمانش پوسته هاي ساده انجام شده است، اما پوسته هاي مشبك كمتر مورد توجه قرار گرفته اند. در مقاله حاضر اثر نقص هندسي بر كمانش پوسته هاي ساده و مشبك كامپوزيتي با و بدون گشودگي بررسي شده است. بدين منظور نمونه هاي آزمايشگاهي مختلفي ساخته و تست شده است. همچنين طبق استاندارد، خواص مكانيكي الياف و زمينه و نيز درصد حجمي الياف به كار رفته در پوسته و ريب تعيين شده و نهايتاً خواص مكانيكي هر يك از اجزا به كمك روابط ميكرومكانيك محاسبه شده است. از اين خواص براي مدل سازي دقيق مسئله در نرم افزار المان محدود آباكوس استفاده شده است. دو تحليل خطي مقدار ويژه و نيز تحليلي غير خطي، كه امكان در نظر گرفتن نقص هندسي را فراهم مي كند، به كار گرفته شده است. نتايج به دست آمده از مدل عددي به كمك نتايج تست تجربي اعتبارسنجي شده است. در نهايت با استفاده از اين مدل، اثر اندازه ضريب نقص هندسي بر پوسته هاي ساده و مشبك با و بدون گشودگي مطالعه شده است. نتايج به دست آمده نشان مي دهد كه ميزان اثرگذاري نقص هندسي بر بار بحراني پوسته مشبك كمتر از پوسته هاي ساده است، با اين وجود در نظر نگرفتن اين نقايص و استفاده از تحليل مقدار ويژه بار بحراني را بسيار بيشتر از مقدار واقعي تخمين مي زند. اين موضوع به خصوص براي پوسته هاي بدون گشودگي از اهميت بيشتري برخوردار است. چرا كه در وجود گشودگي در پوسته ها خود به عنوان يك نقص قابل توجه عمل كرده و اثرگذاري نقص هندسي را كاهش مي دهد.

Although many researchers investigated the effect of geometrical imperfection on the buckling load of unstiffened shells, the stiffened shells have not been studied yet. In this paper, the effects of geometrical imperfection the buckling load of unstiffened and stiffened composite shell with and without cutout are investigated. For this goal, several specimens are manufactured and tested. The mechanical properties of fibers and resin matrix and volume fraction of fibers in the shell and the stiffeners are determined based on the standard tests. Finally, the mechanical properties of each component are calculated by micromechanical relations. These properties are used for finite element modeling by ABAQUS package. Linear eigenvalue analysis and nonlinear RIKS method -which can consider the geometrical imperfection- are used. FE results are validated in comparison with experimental tests. Using FE model, the effects of imperfection amplitude on the buckling behavior of unstiffened and stiffened shell with and without cutout are studied. The results show that geometrical imperfections have more effect on the buckling load of unstiffened shells in comparison with stiffened ones. Nevertheless, ignoring these imperfections and using eigenvalue analysis overestimates the buckling load. This fact is further evidence for shells without an opening. In perforated shells, the cutout itself represents an imperfection that is much more significant than geometric imperfections.