تحلیل ارتعاشات پوسته ای استوانه ای و مخروطی کامپوزیتی دوار با تقویت کننده های طولی و محیطی

پوسته های استوانه ای دوار در بسیاری از کاربردهای صنعتی از قبیل: روتور توربین گاز، سیستمهای جداساز گریز از مرکز، کوره های پخت سیمان و سیستمهای دوار استفاده می شود. برای بالا بردن سختی پوسته از تقویت کننده استفاده می‎شود. پوسته های استوانه ای و مخروطی که با المانهایی از نوع تیر تقویت شده‎اند به صورت گسترده‎ای در سازه‎های مکانیکی از قبیل: موشک، زیردریایی، خشک‎کننده های دوار و مخازن سوخت هواپیما استفاده می شوند. در اکثر این موارد پوسته تحت بارهای دینامیکی قرار دارد و ممکن است دچار ارتعاش و کمانش و خستگی شود. بنابراین شناخت خصوصیات این سازه‎ها از جمله فرکانس طبیعی و بار کمانش ضرورتا مورد نیاز است. از طرفی با توجه به نیاز روزافزون طراحی سازه‎های سبک وزن با استحکام بالا، لازم است که نسبت استحکام به وزن این سازه‎ها تا حد امکان بالا باشد تا سازه طراحی شده از نظر مصرف مواد، انرژی و هزینه بهینه باشد. از جمله راههای رسیدن به این هدف، تقویت بهینه پوسته با المانهای تقویت کننده محیطی و طولی و همچنین استفاده از مواد مرکب می باشد. در این پایان نامه تحلیل ارتعاشات آزاد، سرعت بحرانی و کمانش پوسته‎های استوانه ای تقویت شده و ارتعاشات آزاد پوسته های مخروطی کامپوزیتی تقویت شده به روش تحلیلی انجام پذیرفته است. در روابط تحلیلی، تیوری لاو و روش ریتز به کار برده شده و از روشهای المان جداگانه و متوسط گیری خواص تقویت‎کننده ها روی پوسته استوانه‎ای برای در نظر گرفتن اثر تقویت‎کننده‎ها استفاده شده است و مقایسه‎ای بین نتایج بدست آمده از این دو روش انجام شده است، همچنین در تحلیل پوسته مخروطی تنها از روش المان جداگانه برای مدل کردن اثر تقویت‎کننده‎ها استفاده شده است. اثرات نیروهای کریولیس و گریز از مرکز که در اثر دوران پوسته به وجود می آید، در معادلات حاکم آورده شده است. برای بدست آوردن معادلات حرکت ابتدا تابع انرژی را بدست آورده و سپس با اعمال اصل همیلتون معادلات حرکت حاصل می شوند. همچنین توابع تغییر مکان برای شرایط مرزی دو سر تکیه‎گاه ساده به صورت مثلثاتی در نظر گرفته شده‎اند. به علت اینکه حل دقیق برای پوسته کامپوزیتی دوار با شرایط مرزی متفاوت (مانند:گیردار-گیردار یا گیردار-تکیه‎گاه ساده) وجود ندارد، از روش gdq برای بررسی این نوع از شرایط مرزی بر روی پوسته استوانه ای استفاده شده است. روش مذکور، تکنیک عددی کارآمدی است که با استفاده از تعداد کم نقاط شبکه برای رسیدن به پاسخ قابل قبول می باشد. با استفاده از این روش، معادلات حرکت با مشتقات جزیی به طور تقریبی تبدیل به یک سری معادلات جبری خطی می شوند. لازم به ذکر است در این پایان نامه برای اولین بار به بررسی ارتعاشات پوسته های مخروطی تقویت‎شده دوار پرداخته شده است، همچنین تاکنون معادلات حرکت پوسته های مخروطی کامپوزیتی دوار از روش انرژی بدست نیامده است. معرفی پدیده سرعت بحرانی و بررسی اثرات بار محوری و فشار داخلی بر روی پوسته استوانه ای تقویت شده نیز از تازه های این پایان نامه می باشد. تاثیر پارامترهای مختلف نظیر هندسه پوسته و تعداد تقویت کننده ها، زاویه الیاف، جنس پوسته و چیدمان الیاف روی فرکانسهای طبیعی، سرعت بحرانی و بار کمانش پوسته استوانه ای تقویت شده مورد مطالعه قرار گرفته است. به علاوه اثر بارگذاری استاتیکی محوری، شعاعی بر روی پوسته استوانه‎ای و سرعت دورانی پوسته استوانه‎ای و مخروطی تقویت‎شده بر روی تغییرات فرکانس طبیعی مطالعه شده‎اند. در بررسی صحت نتایج تحلیل برای پوسته استوانه‎ای با نتایج موجود در مقالات مقایسه‎ای انجام شده است، همچنین در بررسی صحت نتایج حاصل از تحلیل پوسته مخروطی، مقایسه نتایج با پوسته استوانه ای در شرایطی که زاویه راس مخروط صفر باشد انجام شده است.