تحلیل خمش ورق کامپوزیتی و ساندویچی حاوی لایه های پیزوالکتریک با استفاده از تئوری عمومی-محلی اصلاح شده

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، شیراز

2 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

3 دانشیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

چکیده

در این پژوهش، از یک مدل اجزاء محدود بر مبنای یک مدل ترکیبی برای مدلسازی اثرات کوپل ورق‌های کامپوزیتی و ساندویچی حاوی لایه های پیزوالکتریک استفاده شده است. در این مدل ترکیبی مولفه‌های مکانیکی با استفاده از تئوری عمومی-محلی پیشنهادی که در آن شرایط سطوح آزاد و پیوستگی جابجایی بین لایه‌ برآورده می‌شود و مولفه‌های الکتریکی به کمک تئوری لایه‌ای خطی مدلسازی شده است. در این تئوری میدان جابجایی عمومی خطی و میدان جابجایی محلی به صورت تکه‌ای خطی است. تنش‌های عرضی برشی با استفاده از انتگرال گیری معادلات تعادل الاستیسیته محاسبه شده است . بنابراین شرایط پیوستگی تنش برشی بین لایه‌ها و صفر بودن تنش برشی بر روی سطوح خارجی لایه‌ها برقرار خواهد شد و نیازی به ضریب تصحیح برش نمی‌باشد.
دقت تئوری معرفی شده با مقایسه نتایج آن و نتایج تئوری الاستیسیته سه بعدی، تئوری عمومی-محلی مرتبه بالا و تئوری لایه‌ای مرتبه بالا ارزیابی شده‌است. نتایج نشان می‌دهد که تئوری پیشنهادی برای تحلیل خمش ورق‌ کامپوزیتی و ساندویچی حاوی لایه‌های پیزوالکتریک تحت بارگذاری مکانیکی و الکتریکی مناسب است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Pagano NJ (1969) Exact solutions for composite laminates in cylindrical bending. J Compos Mater 3: 398-411.

[2] Ray MC, Rao KM, Samanta B (1992) Exact analysis of coupled electroelastic behavior of a piezo-electric plate under cylindrical bending. Composite Structures 45(4):667-77.

[3] Heyliger P, Brooks S (1996) Exact solutions for laminated piezoelectric plates in cylindrical bending. J Appl Mech 63(4): 903-10.

[4] Ray MC, Bhattacharya R, Samanta B (1993) Exact solutions for static analysis of intelligent structures. AIAA J 31(9): 1684-91

[5] Heyliger P, Brooks S (1995) Free vibration of piezo-electric laminates in cylindrical bending. Int J Solids Struct 32(20): 2945-60.

[6] Allik H, Hughes TJR (1970) Finite element method for piezoelectric vibration. Int J Num Methods Eng 2: 151-157.

[7] Xu KM, Noor AK, Tang Y (1995) Three-dimensional solutions for coupled thermoelectroelastic response of multi-layered plates. Comput Meth Appl Mech Eng 126: 355-71.

[8] V Suleman, B Venkayya (1995) A simple finite element formulation for a laminated composite plate with piezoelectric layers. J Intel Mat Syst Str 6: 776-782.

[9] Kapuria S,  Dube GP, Dumir PC, Sengupta S (1997) Levy-type  piezothermoelastic solution for hybrid plate by using first-order shear deformation theory. Composites: Part B 28: 535-546.

[10] Behjati B, Salehi M, Sadighi M, Abbasi M (2009) Static, dynamic, and free vibration analysis og functionally garaded piezoelectric panels using finit element method, J Intel Mat Syst Str  20(13): 1635-1646.

[11] Simões Moita JM, Mota Soares CM, Mota Soares CA (2009) Analyses of magneto-electro-elastic plates using a higher order finite element model. Compos Struct 91: 421-426.

[12] Tahani M, Mirzababaee M (2009) Higher-order coupled and uncoupled analyses of free edge effect in piezoelectric laminates under mechanical loadings. Mater Design 30: 2473-2482.

[13] Semedo Garc JE, CM Mota Soares, Mota Soares CA,  Reddy JN (2004) Analysis of laminated adaptive plate structures using layerwise finite elememt  models. Compos Struct 82:1939-59.

[14] Garcia Lage R, Mota Soares CM, Mota Soares CA, Reddy JN  (2004) Analysis of adaptive plate structures by mixed layerwise finite elements. Compos Struct.  66: 269-76.

[15] Garcia Lage R, Mota Soares CM, Mota Soares CA,  Reddy JN (2004) Modeling of piezolaminated plates using layerwise mixed finite elements. Comput Struct 82: 1849-63.

[16] Heyliger PR, Ramirez G, Saravanos DA (1994) Coupled discrete layer finite element for laminated piezoelectric plates. Commun Num Methods Eng Vol. 10, No. 12:pp. 971-81.

[17] Mitchell JA, Reddy JN (1995) A refined plate theory for composite laminates with piezoelectric laminate. Int J Solids Struct 32(16): 2345-2367.

[18] Cho M, Oh J (2004)  Higher order zig–zag theory for fully coupled thermoelectric–mechanical smart composite plates. Int J Solids Struct 41(5-6): 1331-1356.

[19] Sheikh AH, Topdar P, Halder S (2001) An appropriate FE model for through thickness variation of displacement and potential in thin/moderately thick smart laminates. Compos Struct 51: 401-409.

[20] Oh J, Cho M (2004)  A finite element based on cubic zig–zag plate theory for the prediction of thermo- electric–mechanical behaviors. Int J Solids Struct 41(5-6): 1357-1375.

[21] Beheshti-Aval SB, Lezgy-Nazargah M (2012) A new coupled refined high-order global-local theory and finite element model for electromechanical response of smart laminated /sandwich beams. Arch. Appl. Mech. 82(12): 1709-1752

[22] Beheshti-Aval SB, Lezgy-Nazargah M (2012)  A coupled refined high-order global– local theory and finite element model for static electromechanical response of smart multilayered/ sandwich beams. Arch Appl Mech 82 1709-1752.

[23] Thai HT, Kim SE (2015) A review of theories for the modeling and analysis of functionally graded plates and shells. Composite Structures 128:70-86.

[24] Li XY, Liu D (1997) Generalized laminate theories based on double superposition hypothesis. Int J Numer Methods Eng 40:1197-1212.

[25] Zhen W, Wanji C (2007)  Refined triangular element for laminated elastic–piezoelectric plates. Composite Structures 78: 129-139.

[26] Plagianakos TS, Papadopoulos EG (2015) Higher-order  2-D/3-D  layerwise mechanics  and  finite  elements  for composite  and  sandwich  composite  plates with  piezoelectric  layers. Aerosp Sci Technol 40 :150-163.