تحليل رفتار يك ورق مركب دوپاياي هيبريدي پيچشي و عوامل موثر بر محدوده پايداري

Behaviour analysis of a bistable twisting hybrid composite plate with an external metal layer and effecting factors on stability region

ورق هاي دو پايداره و چند پايداره نوعي از سازه هاي هوشمند مركب هستند كه داراي دو يا چند حالت تعادل استاتيكي مي باشند. در اين مقاله يك ورق مركب دوپايا هيبريدي با يك لايه فلز خارجي تحليل مي شود. تفاوت اين ورق ها با ورق هاي مركب دوپايا معمولي و ورق هاي مركب دوپايا هيبريدي با يك لايه فلز داخلي در حالت هاي تغيير شكل يافته مي باشد. به عبارت ديگر برخلاف ورق هاي مركب دوپاياي متداول، در هر دو حالت پايدار، انحناهاي عرضي برابر و هم جهت مي باشند و انحناي پيچشي مقدار قابل توجهي دارد. براي بررسي رفتار اين ورق ها از روش رايلي- ريتز و كمينه سازي انرژي پتانسيل و همچنين اجزاي محدود استفاده مي شود. به منظور افزايش دقت، در روش رايلي – ريتز جابه جايي خارج از صفحه با استفاده از چندجمله اي لژاندر حدس زده مي شود. ابتدا حالت هاي تعادل و حالت هاي پايدار تعيين مي شوند. براي درك بهتر تفاوت بين ورق دوپايا هيبريدي با يك لايه فلز خارجي و يك ورق مركب دوپايا معمولي مقايسه اي بين حالت هاي تغيير شكل يافته در دماي محيط، انحناها و جابه جايي خارج از صفحه انجام مي گردد. در ادامه گشتاور مورد نياز براي پرش بين حالت هاي پايدار به دست مي آيد. همچنين تاثير ضخامت لايه فلز روي محدوده پايداري و جابه جايي خارج از صفحه بررسي مي گردد. مقايسه نتايج حاصل از تابع شكل پيشنهادي و تابع شكل هاير نسبت به نتايج تجربي و نتايج حاصل از روش اجزاي محدود نشان مي دهند كه نتايج حاصل از تابع شكل پيشنهادي از دقت بسيار بالاتري برخوردار است.

Bistable and multistable plates are types of smart composite structures that have two or more static equilibriums. In this paper, a bistable hybrid composite plate with an external metal layer is studied. The difference between these plates and conventional bistable composite plates and bistable hybrid composite plate with an inner layer of metal is their deformation. In other words, unlike the conventional bistable composite plates, in both stable states, transverse curvatures that have the same size and sign but twisted curvature are considerable. The analytical method for studying the behavior of the plate is Rayleigh- Ritz method and minimization of potential energy and finite element is used. In order to increase the accuracy of the Rayleigh – Ritz method, out of the plane displacement is guessed by using Legendre polynomial. First, states of equilibrium and stable states are determined. To better understand the difference between a bistable hybrid plate with an external metal layer and a CFRP bistable composite plate, a comparison between deform at room temperature, curvature and out of plane displacement is done. In the next part, the moment required to snap through between stable states is achieved. Also, the effect of metal layer thickness on out of plane displacement and stability boundary is investigated. Comparing the results of the proposed shape function and Hyer shape function compared to experimental results and the results of finite element analysis show that the results of the proposed shape function are more accurate.