تحليل خمش ورق كامپوزيتي و ساندويچي حاوي لايه هاي پيزوالكتريك با استفاده از تئوري عمومي-محلي اصلاح شده

Bending analysis of sandwich and laminated composite plates containing piezoelectric layers by improved global-local theory

در اين پژوهش، از يك مدل اجزاء محدود بر مبناي يك مدل تركيبي براي مدلسازي اثرات كوپل ورق‌هاي كامپوزيتي و ساندويچي حاوي لايه هاي پيزوالكتريك استفاده شده است. در اين مدل تركيبي مولفه‌هاي مكانيكي با استفاده از تئوري عمومي-محلي پيشنهادي كه در آن شرايط سطوح آزاد و پيوستگي جابجايي بين لايه‌ برآورده مي‌شود و مولفه‌هاي الكتريكي به كمك تئوري لايه‌اي خطي مدلسازي شده است. در اين تئوري ميدان جابجايي عمومي خطي و ميدان جابجايي محلي به صورت تكه‌اي خطي است. تنش‌هاي عرضي برشي با استفاده از انتگرال گيري معادلات تعادل الاستيسيته محاسبه شده است . بنابراين شرايط پيوستگي تنش برشي بين لايه‌ها و صفر بودن تنش برشي بر روي سطوح خارجي لايه‌ها برقرار خواهد شد و نيازي به ضريب تصحيح برش نمي‌باشد. دقت تئوري معرفي شده با مقايسه نتايج آن و نتايج تئوري الاستيسيته سه بعدي، تئوري عمومي-محلي مرتبه بالا و تئوري لايه‌اي مرتبه بالا ارزيابي شده‌است. نتايج نشان مي‌دهد كه تئوري پيشنهادي براي تحليل خمش ورق‌ كامپوزيتي و ساندويچي حاوي لايه‌هاي پيزوالكتريك تحت بارگذاري مكانيكي و الكتريكي مناسب است.

In the present study, A finite element method based on the mixed theory is developed for the coupled-field analysis of sandwich and laminated plates containing piezoelectric layers. The concept of mixed theory is that the mechanical component is modeled by the global–local theory which satisfies the free surface conditions and the geometric continuity conditions at interfaces, whereas the electric field is modeled with layerwise theory. In the present theory, The global displacement components are assumed to be linear and the local components are considered to be piecewise linear. The transverse shear stresses are derived based on the three-dimensional theory of elasticity instead of the constitutive equations.
Accuracy of the present approach has been verified by comparing the present results with those of the three-dimensional theory of elasticity , the higher-order global–local and layerwise shear deformation theory available in the literature. The numerical examples analysis show that the present theory is suitable in predicting coupled behaviors of sandwich and laminated plates containing piezoelectric layers under mechanical and electric loadings.