مجله دفاع هوافضایی

تحلیل کمانش برشی ورق‌های کامپوزیتی چندلایه حاوی ترک‌های ماتریسی با رویکرد ترکیبی تئوری تغییر شکل برشی مرتبه بالا و مدل آسیب تجربی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

کرامت ملک زاده فرد 1
محمدکاظم هوافضا 2
سید مهدی نبوی 3
رضا سرخوش 4

1 استاد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه مالک الشتر، ایران

2 دانشجوی دکتری، گروه هوافضا گرایش سازه، دانشگاه مالک الشتر، تهران، ایران

3 هوافضا، هوافضا،مالک الشتر، تهران،ایران

4 استادیار، گروه مهندسی هوافضا سازه هوایی، دانشگاه هوایی شهید ستاری، تهران، ایران

چکیده
Despite their excellent strength-to-weight ratio, multilayered composite structures exhibit high sensitivity to manufacturing defects such as matrix cracks. These cracks, often initiated during the fabrication process or under initial loadings, significantly reduce the critical load-carrying capacity of the structure, particularly in the shear buckling mode. In this study, an advanced analytical model is developed to predict the critical shear buckling load of thick composite plates. To this end, a higher-order shear deformation theory (HSDT) with 11 degrees of freedom is employed, which, without requiring any shear correction factor, accurately models the parabolic distribution of transverse shear stresses and accounts for transverse normal strain effects. The main innovation of this research lies in incorporating stiffness degradation parameters due to matrix cracking directly from experimental tensile test results into the analytical model. The governing equations are derived using the principle of minimum potential energy and solved via the Galerkin method. The results indicate that the presence of matrix cracks at a specific crack density (cracks/mm) and layup configuration leads to a significant reduction in the buckling load. Excellent agreement with three-dimensional elasticity solutions and finite element simulations validates the efficiency and accuracy of the proposed modelagreement with 3D elasticity solutions and finite element simulations validates the proposed model.

کلیدواژه‌ها

کمانش برشی
ترک ماتریسی
روش گلرکین
موضوعات

عنوان مقاله English

shear Buckling Analysis of Laminated Composite Plates Containing Matrix Cracks Using a Hybrid Approach of Higher-Order Shear Deformation Theory and Experimental Damage Model

نویسندگان English

keramat malek zade fard 1
keramat khodamorady 2
seid mehdi nabavi 3
reza sarhkosh 4
1 Malek Ashtar University, Tehran, Iran. ³• Associate Professor, Department of Mechanical Engineering-Applied Design
2 Ph.D. Student, Department of Aerospace Engineering (Structures), Malek Ashtar University, Tehran, Iran
3 Department of Aerospace Engineering, malek ashtar, Tehran, Iran
4 Assistant Professor, Department of Aerospace Engineering (Aircraft Structures), Shahid Sattari Aeronautical University, Tehran, Iran
چکیده English

سازه‌های چندلایه کامپوزیتی علیرغم نسبت استحکام به وزن عالی، در برابر نقص‌های ساختاری نظیر ترک‌های ماتریسی حساسیت بالایی دارند. این ترک‌ها که اغلب حین فرآیند ساخت یا بارگذاری‌های اولیه ایجاد می‌شوند، ظرفیت باربری بحرانی سازه، به‌ویژه در مود کمانش برشی را به‌شدت کاهش می‌دهند. در این پژوهش، یک مدل تحلیلی پیشرفته برای پیش‌بینی بار بحرانی کمانش برشی ورق‌های ضخیم ارائه شده است. بدین منظور از تئوری تغییر شکل برشی مرتبه بالا با ۱۱ درجه آزادی استفاده شد که بدون نیاز به ضریب تصحیح برشی، توزیع سهموی تنش‌های برشی و اثرات کرنش نرمال عرضی را مدل‌سازی می‌کند. نوآوری اصلی این تحقیق، اعمال پارامترهای افت سفتی ناشی از ترک، مستقیماً از نتایج آزمودن‌های تجربی کشش به مدل تحلیلی است. معادلات حاکم با استفاده از اصل کمینه انرژی پتانسیل استخراج و با روش گلرکین حل شدند. نتایج نشان داد که حضور ترک ماتریسی با چگالی مشخص ترک/میلی‌متر در چیدمان مشخص منجر به افت بار کمانش می‌شود. تطابق نتایج با حل‌های سه بعدی الاستیسیته و شبیه‌سازی اجزای محدود، کارایی و دقت مدل پیشنهادی را تائید می‌کند

کلیدواژه‌ها English

Shear buckling
Matrix crack
Galerkin method

  • تاریخ دریافت 13 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 27 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 04 تیر 1405

صفحه اصلی

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما