به‌روزرساني غير خطي اتصال فلز - كامپوزيت پيچي تك لبه با استفاده از تقريب مرتبه بالاي دامنه پاسخ

Nonlinear model updating of composite-metal single lab bolted joint using high order response amplitude approximation

استفاده از اتصالات هيبريدي (فلز-كامپوزيت) در صنايع هوايي به دليل وزن كم و استحكام بالا روند رو به رشدي دارد. بررسي رفتار ديناميكي اين اتصال، به علت محدوديت در افزايش پيش بار پيچ در زيرسازه كامپوزيتي به دليل تخريب آن، از اهميت ويژه اي برخوردار است. عوامل تاثير گذار بر رفتار غيرخطي اتصال شامل كم بودن پيش بار پيچ و بالا بدون دامنه نيروي تحريك اعمالي به سازه مي باشند. مدل لايه مياني به منظور توصيف بهتر رفتار اتصال در سازه ها در سال‌هاي اخير مورد استفاده قرار گرفته شده است. در اين تحقيق با استفاده از تئوري لايه مياني دو بعدي، تاثيرات رفتار اتصال بر سازه كلي در دو بخش افزايش ميرايي و كاهش سفتي كه منجر به ايجاد پديده غيرخطي مي شود بررسي شده است. ويژگي سفتي اتصال را به وسيله سفتي نرمال و ميرايي اتصال را با استفاده از ميرايي سازه ي در راستاي برشي، مدل‌سازي شده است. نمودارهاي پاسخ فركانسي غيرخطي در دو پيش بار و براي دو نيروي تحريك مختلف استخراج شده است و به وسيله تقريب چندجمله اي مرتبه بالا بر حسب دامنه پاسخ مدل اجزا محدود غير خطي براي سفتي و ميرايي اتصال پيشنهاد شده است. تاثير افزايش دامنه نيروي تحريك و كاهش پيش بار پيچ بر افزايش غير خطي با اين مدل‌ اجزا محدود استخراج شده است. نتايج نشان مي دهد كه مدل اجزا محدود غيرخطي ارائه شده، با نتايج بدست آمده از تست ارتعاشي غير خطي با دقت بالايي مطابقت دارد.

Hybrid joints (Metal–Composite) are being used more and more in aerospace industry due to their low weight and high strength. Dynamic study of this joint, owing to limitation of increase in screw’s preload in composite substructure, has certain importance. Effective factors on nonlinear behavior of the joint are low preload of the screw and high excitation force amplitude on the structure. Layer Element Model has been used to better the description of joint’s behavior in recent years. In this study effects of nonlinear behavior of joint on the structure has been investigated using 2D layer element theory in two divisions: increase of damping and decrease of stiffness which result in nonlinearity. Stiffness characteristics of the joint were modeled with normal stiffness and damping characteristics of the joint with structural damping in shear direction. Nonlinear frequency response function for two preload and two excitation forces was extracted and nonlinear finite element model for stiffness and damping of the joint is suggested by High-order polynomial approximation in terms of response amplitude. Effects of increase of excitation force amplitude and decrease of screw’s preload on increase of nonlinearity was extracted by this finite element model. Results indicate that the presented nonlinear finite element model corresponds closely to nonlinear vibration tests.