تحلیل و بهینه سازی ساندویچ پانل با در نظر گرفتن استحکام تحت بار گذاری خمشی
Keywords:
ساندویچ پانل, کامپوزیت, خمش, استحکام, روش ناویر, برنامه نویسی متلب, تحلیل المان محدود, آلگوریتم ژنتیک، وزنAbstract
استفاده از ساختارهای کامپوزیتی به دلیل خواص مکانیکی مطلوب و نسبت استحکام به وزن بالا در کاربردهاي مختلف مانند صنایع هوافضا، کشتیسازي و حمل و نقل مورد توجه قرار گرفته است. در این رابطه ساندویچ پانل ها با داشتن شکل های مختلف هندسی در هسته و همچنین انواع جنس مواد به کار رفته و ضخامتهای مختلف در تجهیزات مختلف مهندسی مورد توجه فزاینده ای قرار گرفته است. در این پژوهش، رفتار خمشی ساختار ساندویچی با لایه های کامپوزیت گرافیت اپوکسی، شیشه اپوکسی و آلومینیوم و هسته از جنس های فوم پلی اورتان، آلومینیوم، و لانه زنبوري مورد تحلیل قرار گرفته است. براي تحلیل رفتار خمشی، از روابط نهایی در روش ناویر و برنامه نویسی 700 خطی در متلب استفاده شد به علاوه به منظور صحت سنجی تحلیل از مدلسازي المان محدود برای یکی از نمونه های بررسی شده درآزمون تنش در نقاط رویه میان و زیرین لایه ها استفاده شد..در این تحلیل مقادیر نهایی متغیرهای طراحی شامل جنس لایه ها و جنس هسته، ضخامت لایه ها و هسته وهمچنین تنش های بیشیه خمشی تعیین شد و اثر متغیرهای طراحی بر روی بار بحرانی خمش مورد تحلیل قرار گرفت، همچنین به منظور عدم عدول از حد استحکام ،تئوری تی سای هیل مورد استفاده قرار گرفت.در این تحقیق تعیین شد که ساندویچ پانل با لایه های گرافیت اپوکسی و شیشه اپوکسی با داشتن هسته فومی پلی اورتان بیشترین مقاومت یا ظرفیت بار خمشی را با مقدار 32.5 مگا پاسکال تحمل کرده اند همجنین افزایش ارتفاع هسته با همان نسبت میزان بار بحرانی را کاهش داده است.در بخش بهینه سازی با استفاده از روش بهینه سازی آلگوریتم ژنتیک تک هدفه در متلب یک پاسخ نهایی از متغیرهای بهینه حاصل شد و وزن بهینه کل سازه ساندویچ پانل با مقدار 4.3 کیلوگرم حاصل شد به علاوه 55% از ضخامت کل در بهینه سازی در مقایسه با بخش تحلیل کاسته شد اما بار خمشی 38%کاهش یافت.
Downloads
References
[1] Bitzer TN. Honeycomb technology: materials, design, manufacturing, applications and testing. Springer Science & Business Media; 1997.
[2] https://topolo-panel.com/aluminum-pu-sandwich-panels/
[3] Vakilifard A, Mazaheri H, Shaban M. Bending behavior and geometrical optimization of five-layered corrugated sandwich panels with equal in-plane principal stiffness. Journal of Composite Materials. 2022;56(17):2739-53.
[4] Habibnia M, Ghasemi Tamami P, Sang Davini H. Design and investigation of honeycomb end plates for PEM fuel cells. Iranian Journal of Hydrogen & Fuel Cell. 2018;4(3):189-99.
[5] Wang L, Liu W, Wan L, Fang H, Hui D. Mechanical performance of foam-filled lattice composite panels in four-point bending: Experimental investigation and analytical modeling. Composites part b: engineering. 2014;67:270-9.
[6] Sun G, Huo X, Chen D, Li Q. Experimental and numerical study on honeycomb sandwich panels under bending and in-panel compression. Materials & Design. 2017;133:154-68.
[7] Wang J, Shi C, Yang N, Sun H, Liu Y, Song B. Strength, stiffness, and panel peeling strength of carbon fiber-reinforced composite sandwich structures with aluminum honeycomb cores for vehicle body. Composite Structures. 2018;184:1189-96.
[8] Daliri V, Zeinedini A. Flexural behavoiur of the composite sandwich panels with novel and regular corrugated cores. Applied Composite Materials. 2019;26(3):963-82.
[9] Nasiri S, Sadegh-Yazdi M, Mostofi TM, Mousavi SM, Ziya-Shamami M. optimization of effective parameters in free iron sheet forming process by underwater explosion method. Journal of Aerospace Mechanics. 2022;18(3):87-108
[10] Mechanics of Laminated Composite Plates and Shells Theory and Analysis, Second Edition, N. Reddy, 5,Analysis of Specially Orthotropic Laminates Using CLPT ( 245-251).
[11] Bending, Vibration and Buckling of Laminated Composite Plates Using a Simple Four Variable Plate Theory, Atteshamuddin S. Sayyad ,Department of Civil Engineering, SRES’s College of Engineering, Savitribai Phule Pune University, Kopargaon-423601, M.S., India.
[12] Autar K. Kaw, Mechanic of Composite Materials, second edition,Taylor & Francis Group, Published in 2006 by CRC Press 6000 Broken Sound Parkway NW, 106-327.
[13] Konak, A., Coit, D.W. and Smith, A.E., 2006. Multi-objective optimization using genetic algorithms: A tutorial. Reliability engineering & system safety, 91(9), pp.992-1007.
