تحليل ارتعاشات غيرخطي ورق كامپوزيتي با الياف حافظه دار با در نظر گرفتن تغييرات لحظه اي كسر حجمي فاز مارتنزيت

Nonlinear Vibration Analysis of Composite Plates with SMA WiresConsidering Instantaneous Variations of the Martensite Volume Fraction

در سال هاي اخير، پيشرفت هاي زيادي در زمينه ي تقويت سازه هاي كامپوزيتي توسط آلياژهاي حافظه دار صورت گرفته است. اين مواد تحت بارگذاري سيكلي مكانيكي، از طريق ايجاد حلقه ي برگشت پذير هيسترزيس، انرژي مكانيكي را جذب و يا تلف مي كنند.اين ويژگي بارز آلياژهاي حافظه دار، آنها را براي كاربردهاي حسگري، عملگري، جذب انرژي ضربه و ميرايي ارتعاشات مناسب ساخته است.در كارهاي ارايه شده تاكنون، تغييرات فاز لحظه اي و موضعي سيم حافظه دار طي بارگذاري و باربرداري هاي پي در پي در زمان ارتعاش سازه به فرمي دقيق بررسي نشده است.در مقاله كنوني، ارتعاشات ورق كامپوزيت هيبريد تقويت شده با آلياژ حافظه دار، با ارايه الگوريتمي مناسب جهت برطرف نمودن نارسايي ياد شده، مورد بررسي قرار گرفته است.براي به دست آوردن معادلات ارتعاشي، از اصل هميلتون و تيوري تغيير شكل برشي مرتبه ي اول استفاده شده است. همچنين براي مدل سازي آلياژ حافظه دار، از معادلات بنيادين ارايه شده توسط برينسون استفاده شده و حل معادلات زماني توسط روش انتگرال گيري زماني نيومارك صورت گرفته است. سيستم معادلات به دست آمده با استفاده از روش عددي اجزاي محدود و كد نويسي به كمك نرم افزار متلب، حل شده اند. در اين مقاله براي اولين بار تغييرات كسر حجمي مارتنزيت به واسطه ي تغييرات تنش در هر زمان و تاثير آن روي خواص مكانيكي آلياژ حافظه دار و كامپوزيت هيبريد و نيروي بازيابي آلياژ حافظه دار در نظر گرفته شده اند. در نهايت، تاثير كسر حجمي فيبرهاي حافظه دار در هر لايه و تاثير نيروي اعمالي بر رفتار ارتعاشي ورق كامپوزيتي تحت بار ضربه اي نيز مورد بررسي قرار گرفته است.

In the past few years, extensive improvements have been accomplished in reinforcing the structures through using shape memory alloys (SMAs). These materials absorb or dissipate energy through establishing a reversible hysteresis loop during a cyclic mechanical loading. This unique characteristic of the SMAs has made them appropriate for sensing, actuation, absorbing the impact energy, andvibration damping applications. Instantaneous and local variations of the phases of the SMA wire in the successive loading and unloading events of the vibration have not been accurately investigated by the workspublished so far. In the present paper, vibrations of composite plates reinforced by SMA wires are investigated, by employing an algorithm that overcomes the mentioned shortcomings. Governing equations are derived based on the Hamilton’s principle and the first-order shear-deformation plate theory. Furthermore, Brinson’s constitutive equations are used to model material properties of the SMA and the time-dependent partial deferential equations are solved using Newmark’s numericaltime integration method. The governing equations are solved by a finite element code written in MATLAB software. In the present research, the influence of the instantaneous variations of the volume fraction of the Martensite volume fraction due to variations of the stress components on the material properties of the SMA, hybrid composite, and the recovery load is considered for the first time. Finally, effect of the volume fraction of the SMA wires of each layer and the influence of the amplitude of the abruptly applied load on the vibration behavior of the composite plate is investigated, too.