تحليل غيرخطي پاسخ ديناميكي ورق كامپوزيتي فيبركربني بهبوديافته با نانولوله كربني بر بستر الاستيك در محيط حرارتي

Nonlinear Dynamic Response Analysis of Carbon Fiber Reinforced Polymer Enhanced with Carbon Nanotubes on Elastic Foundations in Thermal Environments

در اين مقاله، پاسخ ديناميكي غيرخطي ورق كامپوزيتي چندلايه تقويت شده با فيبر كربن و نانولوله‌هاي كربني تحت بارگذاري مختلف مكانيكي و گراديان حرارتي بر روي بستر الاستيك وينكلر-پسترناك مورد مطالعه قرار گرفته است. معادلات حاكم براساس نظريه برشي هايپربوليك معكوس و روابط غيرخطي كرنش ون كارمن استخراج شده و با استفاده از اجزا محدود حل مي‌شود. نانولوله‌هاي كربن به صورت تصادفي و نامنظم در ماتريس پخش شده‌اند و خواص كامپوزيت سه فازي با تركيبي از معادلات هالپين تساي و مدل ميكرو مكانيكي به صورت سلسله مراتبي به دست آمده است. تغييرات دما در راستاي ضخامت ورق، يكنواخت، خطي و غيرخطي و چهار نوع بار ضرب هاي شامل نيم سينوسي، مثلثي، تواني ، پله‌اي و يكنواخت در نظر گرفته شده است. نتايج عددي نشان مي‌دهد با افزودن نانولوله به كامپوزيت ميزان خيز مركز ورق كاهش پيدا مي كند. كاهش خيز براي نانولوله‌هاي چند جداره مقدار كمتري نسبت به نانولوله‌هاي تك جداره دارد. همچنين مشاهده مي‌شود كه در محيط حرارتي افزايش تا % 1 وزني نانولوله مي‌تواند خيز مركز ورق را كاهش دهد و پس از آن افزايش نانولوله تغيير قابل مشاهده‌اي براي خيز ورق دربرندارد.

plates enhanced with carbon nanotubes resting on elastic foundations in thermal environments using the finite element method is investigated. The effective material properties of the multiscale composite are calculated using Halpin–Tsai equations and fiber micromechanics in the hierarchy. Three types of distribution of temperature through the thickness of the plate namely, uniform, linear, and nonlinear are considered. The governing equations are derived based on Inverse Hyperbolic Shear Deformation Theory and von Kármán geometrical nonlinearity. Five types of impulsive loads namely the step, sudden, triangular, half-sine, and exponential pulses are considered. Numerical results reveal that the deflections of multi-phase composites significantly decrease with a small percentage of carbon nanotubes. Also, it is found that in thermal nvironment, central deflection of the plate was reduced using a maximum of 1% of the carbon nanotube in polymer composites and adding higher weight percentage showed no significant change in the peaks of central deflection.