نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار دانشکده مهندسی دریا، دانشگاه دریانوردی و علوم دریایی چابهار

چکیده

امروزه استفاده از سازه‌های کامپوزیتی به علت نسبت استحکام به وزن بالا و خصوصیات مناسب ارتعاشاتی در بسیاری از صنایع مخصوصا سازه‌های دریایی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. یکی از پایه‌ای ترین اجزای تشکیل دهنده بسیاری ساز‌ها می-تواند به صورت یک تیر در نظر گرفته شود که نقش مهمی در طراحی سازه‌ای دارد لذا بررسی تیر کامپوزیتی لایه‌ای از لحاظ ارتعاشاتی یکی از مسائل پایه‌ای در تولیدات صنعتی می‌باشد. متفاوت بودن خصوصیات مکانیکی در جهات مختلف به طراح امکان ایجاد طرحههای مختلف و مناسب برای بارگذاری و شرایط مرزی خاص می‌دهدتا از اثرات مخرب تشدید در سازه ها که منجر به خرابی می‌شود، ممانعت به عمل آید. در مطالعه حال حاضر با استفاده از روشهای تحلیلی مانند تئوری تیموشنکو و اولر برنولی با کمک از تئوری کلاسیک ورق‌ها فرکانس طبیعی ارتعاشات در صفحه x-y وx-z برای یک نمونه تیر تقویت شده با الیاف شیشه بدست می‌آید سپس با مدلسازی به روش اجزامحدود در نرم افزار انسیس ارزیابی از صحت نتایج این روش انجام می‌شود. مشاهده می‌شود که نتایج به یکدیگر نزدیک می‌باشد. بعد از آن تاثیر پارامترهایی مانند زاویه الیاف و ابعاد تیر در سه بعد روی میزان فرکانس ارتعاشات در هر دو صفحه مورد بررسی و مقایسه قرار می‌گیرد. در انتها با لایه‌چینی‌های مختلف چیدمانی متناظر با بیشترین فرکانس بدست آورده می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of effective parameter on out-of-plane and in-plane bending natural frequency of laminated composite beam

نویسنده [English]

  • A Abazari

چکیده [English]

The Composites are used in industrial structural systems for decreasing weight and increasing specific stiffness and improvement of vibration characteristics. Beam analysis plays an important role in mechanical structural design, so that Finding free vibration characteristics of laminated composite beams (LCBs) is one of the bases for designing and modeling of industrial products. Anisotropy of these composites allows the designer to tailor the material in order to achieve the desired performance requirements to prevent of resonant that lead failure in structures. In this study the out of plane and in-plane vibration of Epoxy-glass laminated composite beam are investigated by Timoshenko and Euler Bernouli analytical theory. It should be noted that classical lamination theory is used to determine requirement bending stiffness. Then a finite element modeling are implemented in ANSYS and the validation of results are conducted. it is seen that the results are very close to each other. After that the effective parameter on natural frequency in x-y and x-z vibration plane such fiber angle and dimension of beam in three directions are discussed. Finally the special stacking sequence consistent with maximum natural frequency is obtained between several optional stacking.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Composite laminated beam
  • natural frequency
  • Stacking sequence
  • Timoshenko and Euler Bernoulli Theory

[1]Tita V, Carvalho J, Lirani J., “Theoretical and Experimental Dynamic Analysis of Fiber Reinforced Composite Beams”, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, Vol.25, pp.306-310, 2003.

[2] Kapuria S, Alam N., “Efficient Layerwise Finite Element Model for Dynamic Analysis of Laminated Piezoelectric Beams”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol.195, pp.2742–2760, 2006.

[3] Khdeir A.A., Reddy J.N., “Free Vibration of Crossply Laminated Beams with Arbitrary Boundary Conditions”, International Journal of Engineering Science, Vol.32, pp.1971-1980, 1994.

 [4] Krishnaswamy S., Chandrashekhara K., Wu W.Z.B., “Analytical Solutions to Vibration of Generally Layered Composite Beams”., Journal of Sound and Vibration, Vol.159, pp.85-99, 1992.

[5] Matsunaga H., “Vibration and Buckling of Multilayered Composite Beams According to Higher Order Deformation Theories”, Journal, 2001.

[6] Miller A.K, Adams D.F., “An Analytic Means of Determining the Flexural and Torsional Resonant Frequencies of Generally Orthotropic Beams”, Journal of Sound and Vibration, Vol.41, pp.433-449, 1975.

[7] Abramovich H., “Shear Deformations and Rotary Inertia Effects of Vibrating Composite Beams”, Composite Structures, Vol.20, pp.165-73, 1992.

[8] Qiao Pizhong, A., Guiping, Z.., “Free Vibration Analysis of Fiber-Reinforced Plastic Composite Cantilever I-Beams”, Mechanics of Advanced Materials and Structure, Vol.9, pp.359–373, 2002.

[9] Yõldõrõm V, Kõral E., “Investigation of the Rotary Inertia and Shear Deformation Effects on the Out-ofplane Bending and Torsional Natural Frequencies of Laminated Beams”, Composite Structures,Vol.49, pp 313-320, 2000.

[10] Rao M.K., Desai, Y.M., Chitnis, M.R., “Free Vibrations of Laminated Beams using Mixed Theory”,Composite Structures, Vol.52, pp.149–60, 2001.

[11] Tahani M., “Analysis of Laminated Composite Beams using Layerwise Displacement Theories”, Composite Structures, Vol.79, pp.535–47. 60, 2007.

[12] Jun, L., Hongxing, H., Rongying, S., “Dynamic Finite Element Method for Generally Laminated CompositeBeams”, International Journal of Mechanical Sciences, Vol.50, pp.466–480, 2008.

[13] Jun, L., Hongxing, H., Rongying, S., “Dynamic Stiffness Analysis for Free Vibrations of Axially Loaded Laminated Composite Beams”, Composite Structures, Vol.84, pp.87–98, 2008.

[14] Subramanian, P., “Dynamic Analysis of Laminated Composite Beams using Higher Order Theories and Finite Elements”, Composite Structures, Vol.73, pp.342-353, 2006.

[15] Qu, Y., Long, X., Li, H., Meng G., “A Variational Formulation for Dynamic Analysis of Composite Laminated Beams based on a General Higher-order Shear Deformation Theory”, Composite Structures”, Vol.102, pp.175-192, 2013.

[16] Li, J., Hua H, “Dynamic Stiffness Analysis of Laminated Composite Beams using Trigonometric Shear Deformation Theory”, Composite Structures, Vol.89, No.3, pp.433-442, 2009.

[17] Gay, D., Hoa, S.V., Tsai, S.W., Composite Materials Design and Applications”, Boca Raton, London New York, Washington, 2003.

[18] Carrera, E., Pagani A., “Multi-Line Enhanced Beam Model for the Analysis of Laminated Composite Structures”, Composites Part B: Engineering , Vol.57, pp.112-119, 2014.

[19] La'szlo', P., George, S., “Mechanics of Composite Structures”, Cambridge University, New York, United States of America, 2003.