تحلیل کمانش برشی پنل‌های ساندویچی ضخیم با هسته نرم با استفاده از یک تئوری ورق ساندویچی مرتبه‌بالای بهبود‌یافته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

2 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه مالک اشتر، ایران

4 دکترا، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

چکیده
کمانش برشی، یکی از مودهای اصلی ناپایداری در پنل‌های ساندویچی با هسته انعطاف‌پذیر محسوب می‌شود. مقاومت برشی ناچیز هسته، پایداری پنل را در برابر بارهای برشی به‌شدت کاهش می‌دهد و بروز تغییر شکل‌های غیرخطی در راستای ضخامت و تراکم‌پذیری هسته، مکانیزم کمانش را پیچیده می‌سازد که فرضیات ساده‌کننده تئوری‌ها را به چالش می‌کشد.

در این پژوهش، تئوری پانل ساندویچی مرتبه بالای ارتقاءیافته برای تحلیل پایداری پنل‌های ضخیم با هسته انعطاف‌پذیر توسعه‌یافته که در آن میدان‌های جابه‌جایی رویه‌ها و هسته به‌صورت مستقل و مرتبه‌بالا در راستای ضخامت تعریف شده‌اند. همچنین شرایط سازگاری تنش‌ها و جابجایی‌های یکسان در فصل مشترک رویه‌ها و هسته لحاظ شده که با تعداد ثابت متغیرهای مجهول، کوپلینگ‌های پیچیده خمش - برش - کشش را در نظر می‌گیرد. معادلات حاکم بر پایه اصل حداقل انرژی پتانسیل استخراج و با روش گالرکین حل شده‌اند.

نتایج عددی نشان داد که تئوری پیشنهادی بار کمانش برشی را نسبت به تئوری HSAPT در پنل‌های مربعی متقارن 2.3 درصد، مربعی نامتقارن 1.9 درصد، مستطیلی متقارن 2.1 درصد و مستطیلی نامتقارن 2 درصد کمتر برآورد می‌کند. همچنین این تئوری توانایی بیشتری در تفکیک و پیش‌بینی مودهای موضعی چروکیدگی را دارد. یافته‌ها نشان داد که عدم تقارن در ضخامت رویه‌ها به دلیل کاهش سفتی مؤثر، بار کمانش را کاهش می‌دهد.

مقادیر کمتر بار بحرانی پیش‌بینی شده در تئوری جدید، ناشی از ارضای دقیق‌تر پیوستگی بین اجزای پنل و درنظرگرفتن نرمی برشی هسته است که تخمین‌های غیرمحتاطانه تئوری‌های گذشته را اصلاح می‌کند. ازاین‌رو، تئوری ارائه‌شده ابزاری با دقت بالا برای طراحی و بهینه‌سازی پنل‌های ساندویچی تحت بارهای برشی درون صفحه‌ای به شمار می‌رود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Shear Buckling Analysis of Thick Sandwich Panels with Flexible Core, using a new Improved Higher-Order Sandwich Panel Theory

نویسندگان English

keramat malek zade fard 1
Mohamad Hasan Ataei 2
Jafar Eskandari Jam 3
Salman Shafaghat 4
1 Malek Ashtar University, Tehran, Iran. ³• Associate Professor, Department of Mechanical Engineering-Applied Design
2 Faculty of Aerospace Engineering, Malek Ashtar University of Technology,Tehran, Iran
3 Prof, Faculty of Aerospace Engineering, Malek Ashtar University of Technology,Tehran, Iran.
4 Ph.D. Faculty of Aerospace Engineering, Malek Ashtar University of Technology,Tehran,
چکیده English

Introduction: Shear buckling is considered one of the primary instability modes in sandwich panels with flexible cores. The negligible shear stiffness of the core significantly reduces the panel’s stability against shear loads, while the occurrence of thickness-direction nonlinear deformations and core compressibility complicates the buckling mechanism, thereby challenging the simplifying assumptions of conventional theories.

Methods: In this study, an improved higher-order sandwich panel theory is developed for the stability analysis of thick panels featuring a flexible core, wherein the displacement fields of the face sheets and the core are defined independently as higher-order functions along the thickness direction. Furthermore, the stress compatibility conditions and displacement continuity at the face sheet–core interfaces are rigorously enforced, thereby capturing the intricate bending–shear–extension couplings with a constant number of unknown kinematic variables. The governing equations are derived via the principle of minimum potential energy and subsequently solved using the Galerkin method.

Findings: Numerical results revealed that the proposed theory estimates the shear buckling load lower than the HSAPT by 2.3% for symmetric square panels, 1.9% for unsymmetric square panels, 2.1% for symmetric rectangular panels, and 2.0% for unsymmetric rectangular panels. Furthermore, this theory exhibits an enhanced capability to distinguish and predict localized wrinkling modes. The findings also indicated that face sheet thickness asymmetry reduces the critical buckling load due to the degradation of effective panel stiffness.

Conclusion: The reduced critical loads yielded by the present formulation are attributed to the rigorous satisfaction of inter-component continuity conditions alongside core shear compliance, thereby correcting the unconservative estimations inherent in prior models. Hence, the proposed model provides a reliable, high-precision framework for the safe design and structural optimization of sandwich panels under in-plane shear conditions.

کلیدواژه‌ها English

Flexible core
Shear buckling
Sandwich panel
دوره 5، شماره 2
تابستان 1405

  • تاریخ دریافت 30 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 25 شهریور 1405