اثر زاویه‌گذاری لایه‌ها بر بار بحرانی کمانش صفحات کامپوزیتی چندلایه: تحلیل عددی با نرم‌افزار آباکوس

Abstract

در این پژوهش رفتار کمانشی صفحات کامپوزیتی نازک تحت بارگذاری فشاری دومحوره و شرایط مرزی چهارطرف لولا (SSSS) به‌صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی، مقایسه‌ی اثر آرایش لایه‌ها (layup) بر بار بحرانی کمانش و الگوهای مودال تغییر شکل است. برای این منظور، دو آرایش متداول شامل لایه‌چینی شبه‌ایزوتروپیک [0/+45/−45/90]2s و لایه‌چینی محور-غالب [0/0/+45/−45/90]s انتخاب گردید. مدل‌سازی و تحلیل در محیط نرم‌افزار آباکوس انجام شد و برای حصول دقت کافی، مطالعه‌ی همگرایی مش با اندازه المان‌های مختلف (5، 3، 2.5 و 2 میلی‌متر) صورت گرفت.

نتایج نشان داد که در هر دو آرایش، مود اول کمانش به صورت الگوی پایه (1,1)  بروز می‌کند، اما مقدار بار بحرانی به‌طور محسوس تحت تأثیر زاویه‌گذاری لایه‌ها قرار دارد. در حالی که ورق با آرایش شبه‌ایزوتروپیک مقدار ویژه اول λ=7.569 را نشان داد، آرایش محور-غالب با افزایش سختی خمشی در راستای بارگذاری، مقدار بالاتری معادل λ=8.242 به‌دست داد. این اختلاف حدود 9 درصدی بیانگر نقش تعیین‌کننده‌ی لایه‌های صفر درجه در بهبود پایداری سازه است. همچنین مشخص شد که استفاده از مش با اندازه 2.5 میلی‌متر دقت کافی و کارایی محاسباتی مناسبی فراهم می‌کند. به طور کلی، یافته‌های این تحقیق نشان می‌دهد که انتخاب آرایش لایه‌ها در صفحات کامپوزیتی نقش کلیدی در تعیین بار بحرانی کمانش دارد و می‌تواند به‌عنوان ابزاری برای طراحی بهینه‌ی سازه‌های هوافضایی مورد استفاده قرار گیرد.