تحلیل اجزای محدود لایه‌ای ورق‌های کامپوزیت با استفاده از المان غشایی نامتقارن و المان خمشی ناسازگار

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی عمران، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

2 استادیار، مهندسی عمران، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

3 دانشیار، مهندسی عمران، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

4 استاد، مهندسی عمران، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

10.22044/jsfm.2020.9230.3085

چکیده

در این تحقیق با ترکیب یک المان خمشی و یک المان غشایی، المان چهار گره‌ای جدیدی به منظور تحلیل اجزای محدود لایه‌ای ورق‌های کامپوزیت ارائه شده‌است. بخش غشایی المان، یک المان جدید چهارضلعی نامتقارن با درجات آزادی اضافی می‌باشد که در آن از دو میدان جابه‌جایی متفاوت به عنوان تابع معیار و تابع تقریب استفاده شده‌است. تابع معیار استفاده شده، تابعی جدید از جنس جابه‌جایی است که در آن درجات آزادی اضافی با استفاده از درون‌یابی در طول ضلع المان محاسبه شده‌است. تابع تقریب المان یک میدان تنش می‌باشد که از حل تحلیلی تابع تنش ایری محاسبه می‌شود. بخش خمشی المان ارائه شده، یک المان ورق ناسازگار می‌باشد که در آن جابه‌جایی المان با استفاده از مودهای تغییر شکل مرتبه سوم و میدان پیچشی المان با استفاده از ماتریس ژاکوبین مرتبه اول محاسبه شده‌است. نتایج عددی بدست آمده از حل مسائل استاندارد عددی نشان می‌دهد؛ المان معرفی شده قادر به تحلیل ورق‌های کامپوزیت با هندسه و شرایط مرزی مختلف می‌باشد. مقدار حداکثر خطای این المان در حل مسائل عددی برررسی شده 5/1 درصد است.

کلیدواژه‌ها


[1] Jafari-Baghjeghaz M, Farsani ER, Ebrahimnezhad-Khaljiri H (2018) Study of the buckling behavior of fiber-metal laminates fabricated by jute-glass fibers. Journal of Solid and Fluid Mechanics 8(4): 153-164. (In Persian)

[2] Zahedinia M, Hosseini R, Khodarahmi H, Ziashamami M (2018) Experimental and numerical study of deformation of fml plates with the same thickness under explosive loading. Journal of Solid and Fluid Mechanics 8(4): 129-142. (In Persian)

[3] Pachenari MH, Mozaffari A, Shariyat M (2016) Non-Linear finite element low-velocity impact response analysis of a viscoelastic composite plate, employing a layerwise theory. Journal of Solid and Fluid Mechanics 6(3): 97-108. (In Persian)

[4] Pandya BN, Kant T (1988) Finite element analysis of laminated composite plates using a higher-order displacement model. Compos Sci Technol 32(2): 137-155.

 [5] Ten Thije RHW, Akkerman R (2009) A multi-layer triangular membrane finite element for the forming simulation of laminated composites. Compos Part A-Appl S 40(6-7): 739-753.

[6] Kant T, Khare RK (1997) A higher‐order facet quadrilateral composite shell element. Int J Numer Meth Eng 40(24): 4477-4499.

[7] Swaminathan K, Patil SS (2007) Higher order refined computational model with 12 degrees of freedom for the stress analysis of antisymmetric angle-ply plates–analytical solutions. Compos Struct 80(4): 595-608.

[8] Latheswary S, Valsarajan KV, Sadasiva Rao YVK (2004) Dynamic response of moderately thick composite plates. J Sound Vib 270(1–2): 417-426.

[9] Kahya V, Turan M (2017)  Bending of laminated composite beams by a multi-layer finite element based on a higher-order theory. Acta Phys Pol A 132(3): 473-475.

[10] Reddy JN (2003) Mechanics of laminated composite plates and shells: theory and analysis. CRC press.

[11] Rajendran S, Liew KM (2003) A novel unsymmetric 8‐node plane element immune to mesh distortion under a quadratic displacement field. Int J Numer Meth Eng 58(11): 1713-1748.

[12] Ooi ET, Rajendran S, Yeo JH (2008) Remedies to rotational frame dependence and interpolation failure of US‐QUAD8 element. Commun Numer Meth En 24(11): 1203-1217.

[13] Cen S, Zhou GH, Fu XR (2012)  A shape‐free 8‐node plane element unsymmetric analytical trial function method. Int J Numer Meth Eng 91(2): 158-185.

[14] Shang Y, Ouyang W (2018) 4‐node unsymmetric quadrilateral membrane element with drilling DOFs insensitive to severe mesh‐distortion. Int J Numer Meth Eng 113(10): 1589-1606.

[15] Zouari W, Hammadi F, Ayad R (2016) Quadrilateral membrane finite elements with rotational DOFs for the analysis of geometrically linear and nonlinear plane problems. Comput Struct 173(1): 139-149.

[16] Huang M, Zhao Z, Shen C (2010)  An effective planar triangular element with drilling rotation. Finite Elem Anal Des 46(11): 1031-1036.

[17] Wang C, Zhang X, Hu P (2016) New formulation of quasi-conforming method: a simple membrane element for analysis of planar problems. Eur J Mech A-Solid 60(1): 122-133.

[18] Karkon M, Rezaiee-Pajand M (2017) A quadrilateral plate bending element based on deformation modes. Appl Math Model 41(1): 618-629.

[19] Huang BZ, Shenoy VB, Atluri SN (1994) A quasi-conforming triangular laminated composite shell element based on a refined first-order theory. Comput Mech 13(4): 295-314.

[20] Jones RM (2014) Mechanics of composite materials. CRC press.

[21] Kant T, Menon MP (1989) Higher-order theories for composite and sandwich cylindrical shells with C0 finite element. Comput Struct 33(5): 1191-1204.

 [22] Haas DJ, Lee SW (1987) A nine-node assumed-strain finite element for composite plates and shells. Comput Struct 26(3): 445-452.

 [23] Taqi A, Gadade AM (2019) Static response of laminated composite shells subjected to transverse loading. Mater Today-Proc 16: 686-693.

[24] Reddy JN (1984) Exact solutions of moderately thick laminated shells. J Eng Mech 110(5): 794-809.

[25] Reddy JN (2014) An Introduction to Nonlinear Finite Element Analysis: with applications to heat transfer, fluid mechanics, and solid mechanics. OUP Oxford.