تحليل پايداري ديناميكي پوسته‌هاي استوانه‌اي مشبك كامپوزيتي تحت بارهاي هارمونيك با استفاده از نظريه دانل

A Dynamic Stability Analysis of Composite Grid-Stiffened Cylindrical Shells under Harmonic Loads Using the Donnelly Theory

در سازه‌هاي هوافضايي به‌دليل نوسانات منابع تحريك‌كننده مانند نيروي پيشران موتور، امكان بروز پديده ناپايداري ديناميكي كه پديده‌اي مخرب است، وجود دارد. لذا در اين مقاله پايداري ديناميكي پوسته‌هاي استوانه‌اي كامپوزيتي چندلايه كه با تقويت‌كننده مشبك ايزوگريد مقاوم شده است تحت بارگذاري تركيبي نيروهاي استاتيكي و متناوب با استفاده از نظريه دانل براي پوسته‌هاي جدار نازك مورد بررسي قرار گرفته است. با استفاده از روش سفتي معادل، سفتي سازه‌هاي مشبك كامپوزيتي نيز به روش آغشته‌سازي از تقويت‌كننده‌ها محاسبه شده است. بسط يك مد نرمال براي معادلات حركت منجر به سيستم معادلات متيو- هيل مي‌گردد. از روش بولتين براي تعيين نواحي ناپايداري براي حل معادلات متيو- هيل شده است. تأثير مولفه­هاي تقويت‌كننده‌هاي مشبك ايزوگريد از قبيل زاويه ريب‌ها، فاصله ريب‌هاي محيطي و حلقوي، سطح مقطع ريب‌ها و همچنين تأثير نسبت‌هاي طول پوسته استوانه‌اي به شعاع و ضخامت به شعاع مورد آزمايش و مقايسه قرار گرفته است. اعتبارسنجي نتايج فركانس طبيعي و پايداري ديناميكي با مقايسه با نرم‌افزار آباكوس و همچنين مقالات ديگر محققان صورت پذيرفته است. نتايج نشان مي‌دهد كه با كاهش زاويه ريب‌هاي مارپيچ، در پوسته‌هاي استوانه‌اي مشبك كامپوزيتي فركانس اصلي ناپايداري افزايش و وسعت ناحيه ناپايداري كاهش مي‌يابد.

In aerospace structures, due to the fluctuations of excitation sources such as the engine propulsion, there is a possibility of dynamic instability, which is a destructive phenomenon. In this paper, the dynamic stability of composite grid-stiffened cylindrical shells under a combinational loading of static and fluctuating forces has been investigated using the Dunnelly theory for thin-walled shells. Using the equivalent stiffness method, the stiffness of composite grid structures has also been calculated by the method of reinforcements impregnation. The development of a normal mode for motion equations leads to the system of Matthew-Hill equations. The Boltin method is used to determine the instability regions to solve the Matthew-Hill equations. The effect of iso-grid mesh reinforcement parameters such as the rib angle, circumferential and annular rib spacing and the rib cross section as well as the effect of cylindrical shell length to radius and thickness to radius ratios have been tested and compared. The validation of the natural frequency and dynamic stability results has been done by comparison with Abaqus software and other researchers' articles. The results show that by decreasing the angle of the helical ribs, in the shells of composite grid cylinders, the main instability frequency increases and the amplitude of the instability region decreases.